4. Расчет погрешностей ацп

_{Основная погрешность определяется по формуле:}

_{Общая основная погрешность АЦП складывается из основных погрешностей элементов АЦП. Поэтому сначала рассчитаем основные погрешности отдельных функциональных узлов АЦП.}

1. _{Погрешности входного повторителя}

_{Погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициента усиления (аддитивная погрешность):}

_{KU – коэффициент усиления напряжения ОУ OP-37A (см. Приложение А)}

_{β – коэффициент обратной связи}

_{Абсолютная погрешность коэффициента усиления}

Относительная погрешность коэффициента усиления

Погрешность от наличия напряжения смещения (аддитивная погрешность)

_{Uсм – напряжение смещения ОУ OP-37A (см. Приложение А)}

2. _{Погрешности фильтра низких частот}

_{Погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициента усиления (аддитивная погрешность):}

_{Абсолютная погрешность коэффициента усиления}

Относительная погрешность коэффициента усиления

Погрешность от наличия напряжения смещения (аддитивная погрешность)

3. _{Погрешность преобра зователя амплитудного значения}

_{Погрешность пикового детектора не влияет на преобразование входной величины, поэтому ее не учитываем.}

4. _{Погрешности преобразователя средневыпрямленного значения}

_{Погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициента усиления (аддитивная погрешность):}

_{Абсолютная погрешность коэффициента усиления}

Относительная погрешность коэффициента усиления

Погрешность от наличия напряжения смещения (аддитивная погрешность)

5. _{Погрешности устройства выборки-хранения}

_{Погрешность УВХ, обусловленная изменением напряжения за время хранения на накопительном конденсаторе (аддитивная погрешность)}

– скорость разряда накопительного конденсатора, (см. Приложение З)

Погрешность недозаряда конденсатора (мультипликативная погрешность).

6. Погрешности цифро-аналогового преобразователя

Погрешность квантования:

_{Дифференциальная нелинейность δLD=±0,25h, имеет случайный характер и является аддитивной погрешностью:}

Погрешность шкалы устраняется регулировкой резистором R56*, поэтому считаем ее пренебрежимо малой.

7. Погрешность компаратора

_{Погрешность компаратора обусловлена порогом нечувствительности компаратора (аддитивная погрешность).}

_{Для нахождения основной суммарной погрешности АЦП примем нормальный закон распределения погрешности для независимых составляющих}

_{Аддитивная погрешность:}

_{Мультипликативная погрешность:}

_{Определим коэффициенты c и d:}

Следовательно, основная погрешность АЦП будет равна:

По результатам расчета погрешностей можно сделать вывод, что при использовании 8-разрядного АЦП удалось получить заданный по техническому заданию класс точности 0,5/0,01.

Полученный класс точности: 0,42/0,01

Основная погрешность АЦП: 0,0439%

Заключение

В данном курсовом проекте разработан АЦП последовательного приближения со следующими техническими характеристиками:

Пределы измерения напряжения, В: 0,1; 1; 10

Класс точности (c / d): 0,5 / 0,01

Входное сопротивление, не менее, МОм: 2

Число каналов: 8

Время измерения по одному каналу, не более, с: 5∙10^-2

Диапазон рабочих температур, °С: -10 … +80

Частота дискретизации, кГц: 900

Разрядность: 8

Разработанный АЦП может работать как от внутреннего генератора, так и от внешнего. Запуск генератора может производиться как автоматически, так и вручную, также запуск может производиться однократно.

Сброс АЦП в исходное состояние происходит автоматически.

Выбор каналов АЦП осуществляется автоматически или вручную.

Основные технические характеристики соответствуют техническому заданию.

Временные диаграммы работы АЦП приведены в Приложении Х.

Список литературы

1. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. – 528 с.

2. РМГ 29-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. М., ИПК Издательство стандартов, 2000

3. Гендин Г.С. Все о резисторах: Справочник. – М.: Горячая линия-Телеком,1999. ППЗУ-192.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; 1239).

4. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988. – 304 с.: ил.

5. Справочник по электрическим конденсато­рам / М. Н. Дьяконов, В. И. Карабанов, В. И. Присняков и др.; Под общ. ред. И. И. Четверткова и В. Ф. Смирнова. — М.: Радио и связь, 1983. — 576 е.; ил.

6. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб.пособие для приборостроит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1991. – 622 с.: ил.

Приложение А

Характеристики микросхемы OP-37A

Малошумящий быстродействующий прецизионный операционный усилитель. Аналог – К140УД26.

Корпус

Схема

Характеристики

Электрические парам етры

Схема установки нуля

Приложение Б

Характеристики мультиплексора MAX382

Низковольтный 8-канальный мультиплексор

Корпус

Цоколевка

PIN MAX382	NAME*	FUNCTION
1	WR	WRITE Logic Input
2, 16, 17	A0, A2, A1	Address Logic Inputs (see Truth Tables at end of data sheet)
—	A0, A1	Address Logic Inputs (see Truth Tables at end of data sheet)
3	EN	Enable Logic Input (see Truth Tables at end of data sheet)
4	V-	Negative Supply Voltage Input. Connect to GND for single-supply operation.
5–8	NO1–NO4	Analog Signal Inputs—bidirectional
—	NO1A–NO4A	Analog Signal Inputs—bidirectional
9	COM	Analog Signal Output—bidirectional
—	COMA, COMB	Analog Signal Outputs—bidirectional
10–13	NO8–NO5	Analog Signal Inputs—bidirectional
—	NO4B–NO1B	Analog Signal Inputs—bidirectional
14	V+	Positive Supply Voltage Input
15	GND	Ground
18	RS	RESET Logic Input

Электрические параметры

PARAMETER	SYMBOL	CONDITIONS				MIN	TYP (Note 2)	MAX	UNITS
AX, EN Data Hold Time	tH	Figure 5		TA = +25°C		100			ns
Reset Pulse Width	tRS	Figure 6, V+ = 5V		TA = +25°C		100			ns
SWITCHSWITCH
Analog Signal Range	VCOM, VNO	(Note 3)				V-		V+	V
On-Resistance	RON	INO = 1mA, VCOM = 3.5V, V+ = 4.5V		TA = +25°C			150	225	Ω
				TA = TMIN to TMAX				280
On-Resistance Matching Between Channels (Note 4)	∆RON	INO = 1mA, VCOM = 3.5V, V+ = 4.5V		TA = +25°C				10	Ω
				TA = TMIN to TMAX				12
On-Resistance Flatness	RFLAT	INO = 1mA; VCOM = 3V, 2V, 1V; V+ = 5V		TA = +25°C			10	16	Ω
				TA = TMIN to TMAX			15	20
NO-Off Leakage Current (Note 8)	INO(OFF)	VNO = 4.5V, VCOM = 0V, V+ = 5.5V		TA = +25°C		-0.1		0.1	nA
				TA = TMIN to TMAX	C, E	-1.0		1.0
					M	-10		10
COM-Off Leakage Current (Note 8)	ICOM(OFF)	VCOM = 4.5V, VNO = 0V, V+ = 5.5V	MAX382	TA = +25°C		-0.2		0.2	nA
				TA = TMIN to TMAX	C, E	-2.5		2.5
					M	-20		20
		VCOM = 4.5V, VNO = 0V, V+ = 5.5V	MAX384	TA = +25°C		-0.2		0.2
				TA = TMIN to TMAX	C, E	-1.5		1.5
					M	-10		10
COM-On Leakage Current (Note 8)	ICOM(ON)	VCOM = 4.5V, VNO = 4.5V, V+ = 5.5V	MAX382	TA = +25°C		-0.4		0.4	nA
				TA = TMIN to TMAX	C, E	-5		5
					M	-40		40
			MAX384	TA = +25°C		-0.2		0.2
				TA = TMIN to TMAX	C, E	-2.5		2.5
					M	-20		20
DIGITAL LOGIC INPUTDIGITAL LOGICINPUT
Logic High Input Voltage	VH, VENH			TA = TMIN to TMAX		2.4			V
Logic Low Input Voltage	VL, VENL			TA = TMIN to TMAX				0.8	V
Input Current with Input Voltage High	IH, IENH	VH = 2.4V, VL = 0.8V				-0.1		0.1	µA
Input Current with Input Voltage Low	IL, IENL	VH = 2.4V, VL = 0.8V				-0.1		0.1	µA
SUPPLYSUPPLY
Power-Supply Range						2.4		15	V
Positive Supply Current	I+	VEN = VA = 0V, V+; V+ = 5.5V; V- = 0V				-1.0		1.0	µA
Negative Supply Current	I-	VEN = VA = 0V, V+; V+ = 5.5V; V- = 0V				-1.0		1.0	µA
IGND Supply Current	IGND	VEN = V+, 0V; VA = 0V; V+ = 5.5V; V- = 0V		TA = +25°C		-1.0		1.0	µA
				TA = TMIN to TMAX		-1.0		1.0

Приложение В

Характеристики диода КД512А

Диод КД512А относится к классу "Диоды универсальные и импульсные".

Диоды универсальные и импульсные отличаются от выпрямительных малым временем обратного восстановления, или большой величиной импульсного тока. Диоды этой группы могут быть использованы в выпрямителях на высокой частоте, например, в качестве детектора или модуляторах, преобразователях, формирователях импульсов, ограничителях и других импульсных устройствах.

Корпус

Электрические параметры

Диод (цоколевка)	Uоб/Uимп В/В	Iпр/Iим мА/мА	Tв/Qпк(Iп/Uо) нс/пк (мА/В)	Cд/Uд пф/В	Uпр/Iпр В/мА	Iо мкА
КД512А	20/	20/200	1/ 30 (10/10)	1/5	1/10	5

Условные обозначения электрических параметров импульсного диода КД512А:

Обозначение:	Параметр
Uоб/Uимп В/В	максимально допустимое постоянное (Uоб) или импульсное (Uимп) обратное напряжение на диоде.
Iпр/Iим мА/мА	максимально допустимый постоянный (Iпр) или импульсный (Iимп) прямой ток через диод.
Tв/Qпк(Iп/Uо) нс/пк (мА/В)	время восстановления (Твос) обратного сопротивления диода или заряд (Qпк) для его переключения при заданном прямом токе (Iп) и обратном напряжении (Uо).
Cд/Uд пф/В	емкость диода (Cд) и напряжение на диоде (Uд), при котором она измеряется.
Uпр/Iпр В/мА	максимальное падение напряжения (Uпр) на диоде при заданном прямом токе (Iпр) через него.
Iо мкА	обратный ток диода при предельном обратном напряжении. Приводится для температуры +25 (Iо(25)) и максимальной рабочей температуры (Iом).

* Если приводится два значения параметра через черточку, это означает минимальное и максимальное значение. Значение со звездочкой (*) приводится для импульсного режима. Параметр, помеченный буквой "т" означают, что приводится типовое значение.

Приложение Г

Характеристики микросхемы MAX912

MAX912 – два высокоскоростных компаратора в одном корпусе.

Корпус

Цоколевка

Электрические параметры

Приложение Д

Характеристики аналогового ключа КР590КН5

Микросхема КР590КН5 – четырехканальный аналоговый ключ со схемой управления для коммутации напряжения от -15 В до +15 В.

Корпус

Цоколевка

Электрические параметры

Приложение Е

Характеристики диода КД522А

Диоды кремниевые, эпитаксиально-планарные, импульсные. Предназначены для применения в импульсных устройствах. Выпускаются в стеклянном корпусе с гибкими выводами.

Корпус

Электрические параметры

Постоянное прямое напряжение при Iпр. = 100 мА:
при T = +25 и +125 °С, не более	1,1 В
при T = +25 °С для 2Д522 Б (типовое значение)	0,95* В
при T = -60 °С, не более	1,5 В

Постоянный обратный ток при Uобр.:
при T=-60 и +25°С для 2Д522 Б, КД522 Б, не более	5 мкА
при T=-60 и +25 °С для КД522 А, не более	2 мкА
при Т= +25°С для 2Д522 Б (типовое значение)	0,1* мкА
при T = +125 °С для 2Д522 Б, не более	100 мкА
при T= +125°С для КД 522 А, КД522 Б, не более	50 мкА

Заряд переключения:
при Iпр.= 50 мА и Uобр.и = 10 В, не более	400 пКл
типовое значение для 2Д522 Б	175* пКл

Время обратного восстановления:
при Iпр.=10 мА, Uобр.,и =10 В и Iпр. = 2 мА для 2Д522 Б, не более	4 нс

Общая емкость диода:
при Uобр. = 0, не более	4 пФ
типовое значение для 2Д522 Б	2,2* пФ

Примечания:

1. В интервале температур окружающей среды +50...+125 °С ( +35...+ 85 °С для КД522А, КД522Б) допустимые значения прямых токов снижаются линейно.

2. Изгиб выводов допускается не ближе 3 мм от корпуса с радиусом закругления не менее 1,5 мм. Растягивающая выводы сила не должна превышать 4,9 Н.

3. Пайка выводов рекомендуется не ближе 5 мм от корпуса. Температура пайки не должна превышать +250 °С, время ее воздействия на выводы — 3 с.Температура корпуса при пайке не должна превышать +150°С.

Приложение Ж

Характеристики микросхемы К155ЛН1

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ. Корпус К155ЛН1 типа 201.14-1, масса не более 1 г и у КМ155ЛН1 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.

Схема

Цоколевка

Электрические параметры

1	Номинальное напряжение питания	5 В   5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
5	Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
6	Входной пробивной ток	не более 1 мА
7	Ток потребления при низком уровне выходного напряжения	не более 33 мА
8	Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения	не более 12 мА
9	Потребляемая статическая мощность на один логический элемент	не более 19,7 мВт
10	Время задержки распространения при включении	не более 15 нс
11	Время задержки распространения при выключении	не более 22 нс

Приложение З

Характеристики микросхемы SHC804CM

Устройство выборки-хранения

Функциональная схема

Схема включен ия

Цоколевка

Временные диаграммы

Характеристики микросхемы

Приложение И

Характеристики микросхемы DM2503

Регистр последовательного приближения

Схема

Корпус

Временные диаграммы

Таблица истинности

Электрические параметры

Приложение К

Характеристики микросхемы AD9709

8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь

Функциональная схема

Временные диагра ммы

Назначение выводов

Цоколевка

Корпус

Приложение Л

Характеристики микросхемы КР154УД4А

Микросхема представляет собой сверхбыстрый операционный усилитель с гарантированным временем установления и дрейфами входных параметров.

Корпус

Назначение выводов

Характеристики

Приложени е М

Характеристики микросхемы К555ИР35

8-разрядный регистр хранения.

Вход данных осуществляется по отрицательному фронту тактового импульса на входе C, при R = 1. Выводы D0-D7 – входной параллельный код. Выводы Q0-Q7 – выходной параллельный код.

Цоколевка

Корпус

Параметры

Параметр	К555ИР35
	27
	0,02
	0,5
	2,7
	-
	27
	27
	-
	-

Приложение Н

Характеристики микросхемы ГК-44-П-Д1-36М-а-Б

Генератор тактовых импульсов

Корпус

Характеристи ки

Диапазон частот, МГц	0,002 … 67,0
Долговременная нестабильность частоты: за 50000 ч наработки - за первый год наработки	±40,0 ∙ 10^-6 ±20,0 ∙ 10^-6
Время установления частоты после включения	≤ 5 с
Потребляемый ток
Напряжение питания
Форма выходного сигнала	КМОП
Выходное напряжение логических уровней: - высокий уровень - низкий уровень	2,4 В < 0,4 В
Симметрия	40 … 60 %
Нагрузка	1 … 5 вх. КМОП или 2 вх. ТТЛ

Цоколевка

1 – не используется

7 – общий

8 – выход

14 – вывод питания (+5 В)

Приложение О

Характеристики микросхемы SN54LS68

Четырехразрядный двоично-десятичный счетчик

Цоколевка

Электрические параметры

Приложение П

Характеристики микросхемы КР193ИЕ6

6-разрядный счетчик-делитель на 64 и 256

Корпус

Схема

Назначение выводов:

16 – вывод питания

6 – выход делителя на 256;

8, 10 – общий;

9 – выход делителя на 64;

11 – информационный вход 2;

12 – информационный вход 1;

15 – вывод управления.

Схема включения

Электрические параметры

Ток потребления при Uп = 6,3 В, 7=-45... 4-85° С, не более: 100 мА

Коэффициент деления: 64 и 256

Выходное напряжение при Uп =6,3 В, Т= = -45...+85° С:

высокого уровня, не менее: 2,4 В

низкого уровня не более: 0,5 В

Амплитуда входного напряжения при Uп = 6,3 В,

T=-45...+85°С: 0,4...0,8В

Частота входного сиг нала при (Uп = 6,3 В, t,x.A = 0,4...0,6 В, T=-45...+85° С

нижнее значение \ не более 80 МГц

верхнее значение, не менее 1000 МГц

При использовании импульсного входного сигнала с крутизной фронта не менее 100 В/мкс нижнее значение входной частоты 0,1 МГц.

Примечание. При высоком уровне напряжения на управляющем входе (Uп >2,4В) активным является информационный вход 1. В этом режиме работы напряжение высокого уровня на управляющий вход разрешается не подавать. При подаче на управляющий вход напряжения низкого уровня (Uп < 0,4 В) активным становится информационный вход 2.

Максимальное напряжение питания: 8 В

Максимальная амплитуда входного напряжения: 2 В

Максимальное напряжение на управляющем входе: 6,6 В

Максимальный выходной ток: 20 мА

Температура окружающей среды: -45...+85° С

Приложение Р

Характеристики микросхемы К555ТР2

Четыре RS-триггера

Корпус

Схема

Таблица состояний триггера

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания	5
Выходное напряжение низкого уровня	0.4
Выходное напряжение высокого уровня	2.7
Входной ток низкого уровня	0.4
Входной ток высокого уровня	0.02
Ток потребления, мА	11.5
Время задержки включения, нс	-
Время задержки выключения, нс	-
Диапазон рабочих температур, гр. С	-10...70

Приложение С

Характеристики микросхемы К155ЛИ1

Четыре логических элемента 2И

Схема

К орпус