23. Ацп двойного интегрирования

Cм. стр.203-205 в [2]

24. Система сбора данных

Существуют два основных подхода к обработке более чем одного аналогово-

го сигнала. Долгое время наиболее популярным был способ аналогового мульти-

плексирования всех входных каналов с использованием одного АЦП для выполнения

преобразований. Одной из причин популярности этого способа являлась высокая

стоимость АЦП. В альтернативном подходе используются отдельные АЦП для каждо-

го канала. Этот способо имеет некоторые преимущества, и он становится все бо-

лее привлекательным для практической реализации в связи с уменьшением стоимо-

сти АЦП.

Аналоговое мультиплексирование. На рис.1 показана наиболее часто ис-

пользуемая конфигурация системы сбора данных с аналоговым мультиплексировани-

ем каналов. По каманде мультиплексор соединяет выбранный канал c УВХ, которое

делает выработку и затем хранит ее для преобразования в АЦП. Заметим, что УВХ

позволяет мультиплексору при необходимости переключаться на другой канал, в

то время как АЦП еще выполняет преобразование. Это означет, что время пере-

ключения мультиплексора и его время установления не влияют на производитель-

ность системы. Одной из модификаций этой конфигурации является система одно-

временной выборки. УВХ устанавливаются на входах мультиплексора и запускают-

ся по одной и той же команде SAMPLE. Это позволяет получить отсчеты значений

двух или большего числа сигналов точно в один и тот же момент времени, что

иногда требуется для некоторых систем управления и обработки сигналов.

В аналоговых мультиплексорах чаще всего используются полупроводниковые

┌────────────┐ ┌────────────┐ ┌──────────┐

│ Измеритель-│ │ Формирова- │ │ │

│ный преобра-├──>│тель сигнала├────>│ │

│ зователь │ │ │ │ │

└────────────┘ └────────────┘ ──>│ │

──>│ │

Дру- ──>│Аналоговый│ ┌──────┐ ┌─────┐

гие ──>│ мульти- ├──>│ УВХ ├──>│ │

каналы ──>│ плексор │ └──────┘ │ │

│ │ │ АЦП ├───>Циф-

│ │ ┌──────┐ │ │ ровой

──>│ │<──┤Схема ├──>│ │ выход

│ │ │управ-│<──┤ │

│ │ │ления │ │ │

└──────────┘ └──────┘ └─────┘

Рис.1. Многоканальная система сбора данных с использованием аналогового

мультиплексора и одного АЦП.

ключи (на полевых транзисторах с управляемым pn-переходом и КМОП-транзисто-

рах). Матрица управляемых ключей изготавливается в виде монолитной ИС, кото-

рая, как правило, содержит и дешифратор, позволяющий использовать лишь не-

сколько управляющих линий для выбора любого сигнального канала. Широкое рас-

пространение получили мультиплексоры на 4, 8 и 16 каналов, допускающие работу

с заземленными или дифференциальными входными сигналами. Мультиплексор дол-

жен сначала отключать текущий коммутируемый вход и только затем подключать

слеюующий, чтобы гарантировать отсутствие которкого замыкания двух входных

линий. Другими важными характеристиками аналогового мультиплексора являются

сопротивление его ключей в открытом состоянии, токи утечки ключей в закрытом

состоянии, точность коэффициента передачи, прекрестные помехи и время уста-

новления. На сопротивлении открытого ключа входной сигнал создает некоторое

падение напряжения, приводящее к погрешности коэффициента передачи. Эту по-

грешность можно минимизировать, нагружая мультиплексор схемой с большим вход-

ным сопротивлением. В частности, уменьшению погрешности коеффициента передачи

способствует высокое входное сопротивление подключаемого к выходу мультиплек-

сора УВХ. Точность коеффициента передачи - это выраженная в процентах погреш-

ность передачи входного сигнала на выход мультиплексора. Перекрестные помехи

возникают в результате паразитной связи между выходом мультиплексора и входом

закрытого ключа. Время установления - это время, необходимое для того, чтобы

значение выходного сигнала мультиплексора оказалось и в дальнейшем оставалось

внутри некоторого установленного диапазона значений вблизи уровня подключае-

мого входного сигнала. Разработчик должен знать величину этого параметра,

чтобы запускать УВХ только после указанной стабилизации уровня выходного сиг-

нала мультиплексора.

В простейших системах сбора данных УВХ может отсутствовать, однако при

этом увеличивается динамическая погрешность преобразователя, так как измене-

ние входного сигнала во время преобразования в АЦП неизбежно приведет к неко-

торой неопределенности выходного кода. Чем выше скорость изменения входного

сигнала во время преобразования, тем больше эта неопределенность. Тем не ме-

нее, простейшие системы сбора данных (без УВХ) также находят широкое примене-

ние там, кде возможная скорость изменения сигнала заведомо невелика - напри-

мер, в системах контроля состояния окружающей среды (температцры, влажности,

давления и т.д.).

Список контрольных вопросов.

1. Для чего могут использоваться системы сбора даных?

2. Какие основные блоки содержит традиционная ССД?

3. Для чего в ССД служит коммутатор?

4. Какова функция программиремого (нормирующего) усилителя в ССД?

5. Для чего в ССД вводится УВХ?

6. Возможно-ли разнополярное входное напряжение в ССД (да/нет)?

7. Чем дифференциальный вход ССД отличается от недифференциального?

8. Является-ли УВХ обязательным элементом ССД (да/нет)?

9. Является-ли АЦП обязательным элементом ССД (да/нет)?

Cм. стр. 217-220 в [2]

Структурная схема установки для лабораторных работ.

┌──────────────┬─────┐ ┌───┬───┬───┐ ┌───┬───┬───┐

│ Источники │ RNDX├─────────────┤X3 │MS │ │ │ │ADC│ D0├──┐

│ сигналов: │ -10V├─────────────┤X2 │ │ │ │ │АЦП│ D1├─┐│

│ │ +10V├─────────────┤X1 │ │ Y ├───────────┤Uin│ │ . │ ││

│ │ 0V├─────────────┤X0 │ │ │ │ │ │ . │ ││

├──────────────┼─────┤ ├───┤ │ │ │ │ │ . │ ││

│Код номера ка-│ │ ┌──┤ V │ │ │ │ │ │D11├┐││

│нала мультип- │ +5V ├──────────┘ │ │ │ │ ┌────────┤ST │ │ DR││││

│лексора: │ D1 ├─────────────┤ 2 │ │ │ │ └───┴───┴───┘│││

│ │ D0 ├─────────────┤ 1 │ │ │ │ ┌───────────────────┘││

├──────────────┼─────┤ └───┴───┴───┘ │ │ ┌─────────────────┘│

│Режим: запуск │ │ │ │ │ ┌───────────────┘

│АЦП с периодом│START├────────────────────────────┘ │ │ │ ┌───┬─────────┐

│ мС │ │ │ │ └─┤Y0 │Двухкоор-│

├──────────────┼─────┤ │ └────┤Y1 │динатный │

│ Счетчик │ │ │ │...│ графопо-│

│ времени │ T ├────────────────────────────┐ └───────┤Y11│строитель│

│ │ │ └─────────┤ X │ │

└──────────────┴─────┘ └───┴─────────┘