Самостоятельная работа 6

4

Дисциплина «Элементы аналого-цифровых систем». Лектор Стенин В.Я.

Самостоятельная работа №6 по лекциям 8 и 9 по курсу ЭАЦС.

УВХ и АЦП каскадного типа

Вариант №1.

Требуется определить основные параметры однополярного трехкаскадного АЦП. Диапазон сигнала на входе устройства 0 ≤ U_ВХ ≤ +5 В.

Задано: В каскадах используются: 1) 4-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения U_ОП1 от +1 до +7 В, U_ОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП t_ПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 4-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла С_{ВЫХ.ЦАП} = 1.0 пФ, в котором суммируются токи эталонных резисторов, 3) ОУ и ЦАП в вычитающем устройстве каскада должны иметь суммарное время установления не более t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс.

Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.

Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП U_Ш.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

2) учесть все источники и оценить допустимые значения аппаратурной погрешности всего каскадного АЦП, а также отдельных каскадов с приведением значений аппаратурной погрешности к входам отдельных АЦП, обеспечивающих разрядность каскадного АЦП n и шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

3) представить передаточные характеристики: а) заданного АЦП параллельного типа, б) вычитающего усилителя на ОУ совместно с ЦАП, обеспечивающего требуемую характеристику каскада;

4) определить значения опорных напряжений АЦП и ЦАП каждого каскада;

5) определить значения сопротивлений резисторов в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ для каждого каскада, обеспечивающих требуемые по заданию времена установления вычитающего устройства на ЦАП и ОУ в каждом каскаде t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс;

6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код t_{ПРjКАСКАД} для каждого каскада каскадного АЦП;

7) определить время преобразования всего каскадного АЦП t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;

9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(t_ЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ S_{МОП.МАКС}, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа R_{КЛ.ОТКР} = 1/S_{МОП.МАКС}; б) межэлектродных емкостей C_ЗИ, C_ЗС, C_СИ; в) сопротивление утечки R_СИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения С_ХР в запертом состоянии ключа.

11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения С_ХР, которое должно обеспечить минимальную суммарную погрешность на этапах выборки и хранения отсчета входного сигнала во время всего временного цикла преобразования в каскадах с допустимой динамической погрешностью на входе АЦП.

Самостоятельная работа №6 по лекциям 8 и 9 по курсу ЭАЦС.

Вариант №2.

Необходимо определить основные параметры однополярного четырехкаскадного АЦП. Диапазон сигнала на входе устройства 0 ≤ U_ВХ ≤ +4 В.

Задано: В каскадах используются: 1) 3-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения U_ОП1 от +1 до +7 В, U_ОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП t_ПР.АЦП = 15 нс; 2) а также 3-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла С_{ВЫХ.ЦАП} = 0.5 пФ, в котором суммируются токи эталонных резисторов, 3) ОУ и ЦАП в вычитающем устройстве каскада должны иметь суммарное время установления не более t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 25 нс.

Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.

Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП U_Ш.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

2) учесть все источники и оценить допустимые значения аппаратурной погрешности всего каскадного АЦП, а также отдельных каскадов с приведением значений аппаратурной погрешности к входам отдельных АЦП, обеспечивающих разрядность каскадного АЦП n и шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

3) представить передаточные характеристики: а) заданного АЦП параллельного типа, б) вычитающего усилителя на ОУ совместно с ЦАП, обеспечивающего требуемую характеристику каскада;

4) определить значения опорных напряжений АЦП и ЦАП каждого каскада;

5) определить значения сопротивлений резисторов в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ для каждого каскада, обеспечивающих требуемые по заданию времена установления вычитающего устройства на ЦАП и ОУ в каждом каскаде t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс;

6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код t_{ПРjКАСКАД} для каждого каскада каскадного АЦП;

7) определить время преобразования всего каскадного АЦП t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;

9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(t_ЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ S_{МОП.МАКС}, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа R_{КЛ.ОТКР} = 1/S_{МОП.МАКС}; б) межэлектродных емкостей C_ЗИ, C_ЗС, C_СИ; в) сопротивление утечки R_СИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения С_ХР в запертом состоянии ключа.

11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения С_ХР, которое должно обеспечить минимальную суммарную погрешность на этапах выборки и хранения отсчета входного сигнала во время всего временного цикла преобразования в каскадах с допустимой динамической погрешностью на входе АЦП.

Самостоятельная работа №6 по лекциям 8 и 9 по курсу ЭАЦС.

Вариант №3.

Необходимо определить основные параметры однополярного трехкаскадного АЦП. Диапазон сигнала на входе устройства 0 ≤ U_ВХ ≤ +6 В.

Задано: В каскадах используются: 1) 5-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения U_ОП1 от +1 до +7 В, U_ОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП t_ПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 5-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла С_{ВЫХ.ЦАП} = 1.5 пФ, в котором суммируются токи эталонных резисторов, 3) ОУ и ЦАП в вычитающем устройстве каскада должны иметь суммарное время установления не более t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс.

Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.

Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП U_Ш.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

2) учесть все источники и оценить допустимые значения аппаратурной погрешности всего каскадного АЦП, а также отдельных каскадов с приведением значений аппаратурной погрешности к входам отдельных АЦП, обеспечивающих разрядность каскадного АЦП n и шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

3) представить передаточные характеристики: а) заданного АЦП параллельного типа, б) вычитающего усилителя на ОУ совместно с ЦАП, обеспечивающего требуемую характеристику каскада;

4) определить значения опорных напряжений АЦП и ЦАП каждого каскада;

5) определить значения сопротивлений резисторов в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ для каждого каскада, обеспечивающих требуемые по заданию времена установления вычитающего устройства на ЦАП и ОУ в каждом каскаде t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс;

6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код t_{ПРjКАСКАД} для каждого каскада каскадного АЦП;

7) определить время преобразования всего каскадного АЦП t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;

9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(t_ЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ S_{МОП.МАКС}, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа R_{КЛ.ОТКР} = 1/S_{МОП.МАКС}; б) межэлектродных емкостей C_ЗИ, C_ЗС, C_СИ; в) сопротивление утечки R_СИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения С_ХР в запертом состоянии ключа.

11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения С_ХР, которое должно обеспечить минимальную суммарную погрешность на этапах выборки и хранения отсчета входного сигнала во время всего временного цикла преобразования в каскадах с допустимой динамической погрешностью на входе АЦП.

Самостоятельная работа №6 по лекциям 8 и 9 по курсу ЭАЦС

Вариант №4.

Необходимо определить основные параметры однополярного пятикаскадного АЦП. Диапазон сигнала на входе устройства 0 ≤ U_ВХ ≤ +7 В.

Задано: В каскадах используются: 1) 3-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения U_ОП1 от +1 до +8 В, U_ОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП t_ПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 3-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла С_{ВЫХ.ЦАП} = 0.75 пФ, в котором суммируются токи эталонных резисторов, 3) ОУ и ЦАП в вычитающем устройстве каскада должны иметь суммарное время установления не более t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 25 нс.

Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.

Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП U_Ш.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

2) учесть все источники и оценить допустимые значения аппаратурной погрешности всего каскадного АЦП, а также отдельных каскадов с приведением значений аппаратурной погрешности к входам отдельных АЦП, обеспечивающих разрядность каскадного АЦП n и шаг квантования каскадного АЦП h_{КАСКАДН.АЦП};

3) представить передаточные характеристики: а) заданного АЦП параллельного типа, б) вычитающего усилителя на ОУ совместно с ЦАП, обеспечивающего требуемую характеристику каскада;

4) определить значения опорных напряжений АЦП и ЦАП каждого каскада;

5) определить значения сопротивлений резисторов в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ для каждого каскада, обеспечивающих требуемые по заданию времена установления вычитающего устройства на ЦАП и ОУ в каждом каскаде t_{УСТ.ЦАПиОУ} ≤ 30 нс;

6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код t_{ПРjКАСКАД} для каждого каскада каскадного АЦП;

7) определить время преобразования всего каскадного АЦП t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;

9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(t_ЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования t_{ПР.КАСКАДН.АЦП};

10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ S_{МОП.МАКС}, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа R_{КЛ.ОТКР} = 1/S_{МОП.МАКС}; б) межэлектродных емкостей C_ЗИ, C_ЗС, C_СИ; в) сопротивление утечки R_СИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения С_ХР в запертом состоянии ключа.

11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения С_ХР, которое должно обеспечить минимальную суммарную погрешность на этапах выборки и хранения отсчета входного сигнала во время всего временного цикла преобразования в каскадах с допустимой динамической погрешностью на входе АЦП.