2.2 Расчет электрической схемы

По команде «Пуск» приходит в действие генератор строб-импульсов. В качестве генератора выбрем генератор на элементах 2И-НЕ (рисунок 4), как наиболее простой в реализации, при необходимых параметрах [3]. Возьмем генератор с частотой 100 кГц. Сопротивление R4 выбирается в пределах от 320 Ом до 600 Ом, в данном случае выберем 390 . Для уменьшения аппаратной погрешности используем кварцевый генератор. В качестве микросхем 2И-НЕ используем К155ЛА18.

Рисунок 4 – Схема генератора строб-импульсов

Для обеспечения входного сопротивления 50 Ом будем использовать узел согласования который изображен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Узел согласования

В качестве источника опорного напряжения был взят ИОН достаточно простой в реализации погрешность его сигнала на выходе мала (<<1%) [2].Такой ИОН изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Источник опорного напряжения

Выберем стабилитрон (VD1) – КС133А (U= 3 В, I=5 мА).

Рассчитаем сопротивления для источника опорного напряжения первого АЦП (U_вых=1736 мВ):

R2=(U_вых –U_ст)/I_вых= 1,264/0,005=252,8 Ом (12)

R3=U_вых/I_вых= 2/0,005=347,2 Ом (13)

R1=(U_вх –U_ст)/(I_вых+I_ст)= 2/0,01=126,4 Ом (14)

Рассчитаем сопротивления для источника опорного напряжения первого АЦП (U_вых=52,5 мВ):

R2=(U_вых –U_ст)/I_вых= 1,264/0,005=589,5 Ом (15)

R3=U_вых/I_вых= 2/0,005=10,5 Ом (16)

R1=(U_вх –U_ст)/(I_вых+I_ст)= 2/0,01=294,75 Ом (17)

Вкачестве параллельного АЦП будем использовать БИС КР1107ПВ5 (рисунок 7) [4].

Рисунок 7 – Схема БИС КР1107ПВ5

Микросхема представляет собой 6-разрядный АЦП с ЭСЛ выходом и разрядом переполнения. Работой АЦП управляет тактовый сигнал. Выборка производится при низком уровне тактового сигнала. При положительном фронте тактового сигнала компараторы стробируются и через время T_пр на выходе АЦП появляется код, соответствующий значению аналогового сигнала. В таблице 2 указаны назначения его основных выходов.

Таблица 2 – Назначение основных выходов АЦП КР1107ПВ5

Выход	Назначение
IAS	Входной аналоговый сигнал
ITS	Тактовый вход
1	Опорное напряжение Uоп
2	Опорное напряжение –Uоп
D0	Разряд переполнения
D1	Выход 1 (младший разряд)
D2-D5	Выходы 2 – 5
D6	Выход 6 (старший разряд)
AG	Аналоговая земля
DG	Цифровая земля

В качестве ЦАП используем 6-ти разрядную БИС К1108ПА3 (рисунок 8)[4].

Рисунок 8 – ЦАП К1108ПА3

В таблице 3 указаны назначения основных выходов.

Таблица 3 – Назначение основных выходов ЦАП К1108ПА3

Выход	Назначение
1	Вход 1 (младший разряд)
2-5	Входы 2-5
6	Вход 6 (старший разряд)
-U	Напряжение питания –Uп
U	Напряжение питания +Uп
9-10	Опорные напряжения
Uвых	Аналоговый выход
14	Общий

Чтобы обеспечить считывание результата преобразования в ЭВМ потребуется параллельный регистр. В качестве регистра была выбрана микросхема 54AC821DM - 10-разрядный параллельный регистр на D-триггерах (рисунок 9) [4].

Рисунок 9 – Регистр КР1531ИР22

Электрическое моделирование

Моделирование схемы проводилось в пакете программ схемотехнического моделирования Micro-Cap 8.0 при помощи справочной литературы [5]. Для моделирования был взят источник опорного напряжения, подаваемого на АЦП 1. В программе MicroCap была создана схема, показанная на рисунке 10.

Рисунок 10 – Схема моделирования источника опорного напряжения

Моделирование проводилось в режиме Transient Analysis. Результаты моделирования представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 – Результат электрического моделирования

Из рисунка 11 видно, что источник опорного напряжения соответствует поставленной задаче, т.е. выдает напряжение 1.736 В.

Анализ метрологических характеристик

Для подтверждения работоспособности проекта разработанного АЦП приведем его основные характеристики.

Время преобразования 10 мкс обеспечивается малым времением преобразования в параллельных АЦП и ЦАП, а так же частотой генератора строб-импульсов 100 кГц.

Входное сопротивление 50 Ом обеспечивается за счёт добавления в схему узла согласования.

Погрешность преобразования 0,5% обеспечивается шагом квантования и разрядностью АЦП, рассчитанными с учетом инструментальной погрешности и суммарной погрешности преобразования сигнала в функциональных узлах, не превышающей метрологической погрешности.