Самостоятельная работа 5

Самостоятельная работа №5 по курсу ЭАЦС по лекциям 6 (часть 1) и 7 (часть 2).

АЦП параллельного типа

Вариант №3

Дано: датчик сигнала, диапазон сигнала -1 В ≤ U_ВХ ≤ +1 В, выходное сопротивление R_ВЫХ.Д = 30 кОм, выходная емкость C_ВЫХ.Д = 5 пФ. Следует использовать микросхему АЦП параллельного типа с однополярной передаточной характеристикой: разрядность n = 8, допустимые значения U_ОП1 = 2 В, U_ОП2 = 0В (нулевое значение кода соответствует U_ВХ = 0 на входе микросхемы АЦП), время преобразования микросхемы АЦП t_ПР.АЦП = 20 нс, входное сопротивление микросхемы АЦП R_ВХ.АЦП = 10 кОм, входная емкость АЦП C_ВХ.АЦП = 300 пФ, апертурное время АЦП t_а.АЦП = 8 нс.

Требуется обосновать коэффициент усиления без обратной связи K_U.ОУ.БС собственно ОУ на входе АЦП и спроектировать на его основе устройство, преобразующее сигнал с выхода датчика в выходной цифровой код со знаком, которым должен быть дополнительный двоичный код. Следует полагать, что входные емкости по каждому дифференциальному входу ОУ равны C_ВХ.ОУ = 4-5 пФ, а собственное выходное сопротивление ОУ составляет R_ВЫХ.ОУ = 500 Ом.

Представить:

1) электрическую схему устройства АЦП с ОУ на его входе;

2) графики передаточных характеристик: а) масштабирующего ОУ с резисторами, обеспечивающими согласование датчика сигнала и АЦП, б) итоговую характеристику АЦП с масштабирующим усилителем на входе, обеспечивающим требуемую характеристику устройства;

3) расчетные формулы, используемые для выбора сопротивлений резисторов, обеспечивающих требуемые статические передаточные характеристики, а также не искажающие частотные характеристики датчика сигнала;

4) значения сопротивлений, задающих требуемые характеристики АЦП с ОУ на входе;

5) необходимо обосновать (исходя из допустимых статических аппаратурных погрешностей) требуемое значение коэффициента усиления ОУ без обратной связи K_U.БС;

6) необходимо обосновать требуемую постоянную времени установления сигнала на выходе ОУ τ_УСТ.ОУ, само время установления ОУ t_УСТ.ОУ, исходя из вклада ОУ в динамические погрешности квантования и знания апертурного времени АЦП;

7) обосновать шаг квантования всего устройства h_АЦПиОУ по его входу;

8) время преобразования входного сигнала в код t_{ПР.АЦПиОУ} АЦП с учетом влияния ОУ на входе АЦП;

9) оцените вероятностные параметры максимально допустимых статических аппаратурных погрешностей, вносимых как микросхемой АЦП, так и ОУ;

10) определите часть спектра сигнала датчика, которая будет преобразовываться АЦ-системой без потери информации;

11) сравните с учётом п. 10, какая часть спектра сигнала датчика будет преобразовываться АЦ-системой без потери информации без согласующего ОУ.

1) Для преобразования выходного кода в дополнительный инвертируем старший бит.

Р ис.1 Mикросхема АЦП параллельного типа с однополярной передаточной характеристикой

2) Зависимость для рис.2:

А для рис.3:

Рис.2 График масштабирующего ОУ с резисторами, Рис.3 График итоговой характеристики АЦП с

обеспечивающими согласование датчика сигнала масштабирующим усилителем на входе,

и АЦП обеспечивающим требуемую характеристику

устройства

3) (Вариант 2)

Тогда при

Т.к. диапазон сигнала датчика -1В..+1В, будем иметь :

Постоянная времени ОУ должна быть меньше постоянной времени датчика, чтобы не искажать его частотные характеристики

4) C_ВХ.ОУ следует взять 5пФ, тогда

6) Рассмотрим худший случай, когда напряжение изменяется от минимального до максимального значения. Преобразование напряжения надо начинать, когда разница между установившимся и реальным значением на входе АЦП будет < МЗР.

Переходная характеристика интегрирующей RC цепи

7)

8)

9)Максимальная мощность аппаратурных шумов

Среднеквадратические отклонения

Амплитудное

10),11)

Отчет о выполнении задания

В данной самостоятельной работе был рассмотрен АЦП параллельного типа

1) В первом пункте задания была построена микросхема АЦП параллельного типа с однополярной передаточной характеристикой, рис.1.

2)Во втором пункте были построены графики передаточных характеристик: а) масштабирующего ОУ с резисторами, обеспечивающими согласование датчика сигнала и АЦП( Рис.2), б) итоговая характеристика АЦП с масштабирующим усилителем на входе, обеспечивающим требуемую характеристику устройства (Рис.3)

3)В третьем пункте представлены расчетные формулы(см. пункт 3 выше)

4) В четвертом пункте были рассчитаны значения сопротивлений, задающих требуемые характеристики АЦП с ОУ на входе

6) Рассматривая наихудший случай преобразования, были найдены

7) Найден шаг квантования всего устройства:

8) А также время преобразования входного сигнала в код t_{ПР.АЦПиОУ} АЦП с учетом влияния ОУ на входе АЦП

9)Вычислены среднеквадратические отклонения аппаратурных погрешностей

10),11)Информация в основном теряется в АЦП. Тогда сигнал датчика до 0, МГц будет преобразовываться АЦ-системой без потери информации.