Мультиплексоры.

В устройствах электроники, автоматики и вычислительной техники для осуществления управляемой передачи аналоговой передачи аналоговой информации от датчиков к исполнительным механизмам широко используется аналоговый ключ. Как правило, схемы ключей реализуются на МОП-транзисторах, потребляющих мало энергии. Обычно в одном корпусе микросхемы содержатся несколько ключей и схемы управления ими.

Широкое применение микропроцессорных схем, ЦАП и АЦП, обрабатывающих информацию, поступающую от нескольких датчиков с разделением времени, обусловили развитие микросхем аналоговых коммутаторов с внутренними схемами управления, совместимых с микропроцессорами.

Восьмиканальный МОП АК КР590КН1, снабженный дешифратором, позволяет производить адресный опрос каналов в зависимости от логических уровней на входах 13-15. Для работы в микропроцессорных системах микросхема имеет вход разрешения работы.

Аналогичной схемой, но с лучшими рабочими характеристиками является АК КР590КН6. Основные параметры этой микросхемы следующие:

коммутируемый ток – ток, протекающий по открытому каналу ключа Iком=20 мА;

коммутируемое напряжение – максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом ключа Uком=±15 В;

сопротивление ключа в открытом состоянии Rотк=300 Ом;

токи утечки Iут.вх.=50 нА, Iут. вых.=70 нА;

время переключения ключа Твкл.=0.3 мкс.

Аналоговые ключи КР590КН6 выбраны в качестве переключателей канала измерений. Определяющим критерием явились маленькие токи утечки, которые влияют на погрешность процесса измерения.

Функции переключателя тока опора/датчик и выбора измеряемого параметра можно совместить в одном мультиплексоре КР590КН3. Микросхема КР590КН3 содержит два четырехканальных аналоговых коммутатора со схемой управления на базе триггера. Основные ее параметры совпадают с параметрами микросхемы КР590КН6.

Усилитель.

В качестве операционного усилителя была выбрана микросхема 140УД17А. Это прецизионный операционный усилитель со следующими основными характеристиками:

К_ус = 2*10⁵;

U_см = 0.075 мВ;

I_вх = 4 нА;

f₁ = 0.4 МГц;

DI_вх = 3.8 нА;

V_Uвых = 0.1 В/мкс;

Генератор тока.

Так как алгоритм вычислений позволяет избавиться от зависимости конечного значения температуры от тока запитки, то в источнике тока нам, прежде всего, важна не точность тока, а его стабильность во время измерения одного канала.

В качестве генератора тока взята микросхема 142ЕН12, которая представляет из себя трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения от 1.2 до 37 В.

Особенности данной микросхемы:

нестабильность по напряжению 0.01 %/В;

нестабильность по току нагрузки 0.1 %;

уровень ограничения выходного тока не зависит от температуры;

коэффициент подавления напряжения пульсаций 80 дб.

Нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизаторов 142ЕН12 имеет лучшие показатели, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.

Принципиальная электрическая схема платы измерений.

Входными сигналами для платы измерений являются сигналы управления мультиплексорами, а также напряжение питания аналоговых схем. Сигналы управления поступают от микропроцессора, а уровни питания от блока питания.

Микросхемы DD1 – DD3 управляются сигналами B1 – B3, которые выбирают номер рабочего канала.

Микросхема DD4 управляется сигналами А1, А2 и выполняет следующие функции:

1. направляет ток с микросхемы DA1 либо на один из датчиков температуры, либо на опорное сопротивление R1;

2. выбирает, какой из входных сигналов будет поступать на вход операционного усилителя и далее на АЦП микропроцессора.

Микросхема DA2 представляет собой неинвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления 5, и предназначена для усиления информационного сигнала.

Термодатчики подключаются к разъему по трехпроводной схеме, которая позволяет компенсировать сопротивление линий связи датчика с разъемом.

Ток, силой 3.3 мА, через мультиплексор DD3 поступает на соответствующий датчик. При этом с микросхемы DD1 снимается напряжение

U₁ = I*(R_т+2*r_п), а с микросхемы DD2 сигнал

U₂ = I*(R_т+r_п), так как по этому проводу ток течь не будет из-за наличия операционного усилителя с большим входным сопротивлением.

Искомый сигнал получается следующим образом:

U = 2* U₂ - U₁ = I* R_т.

Данные арифметические операции выполняются в микропроцессоре.

Рассмотрим работу мультиплексора DD4 в зависимости от управляющих сигналов А1 и А2:

Управляющий код: А2 А1	Вход ОУ	Ток
0 0	U1	На датчик
0 1	U2	На датчик
1 0	Uоп	На Rоп
1 1	Земля	На Rоп

Выходным сигналом для данной платы является сигнал Т1 – выход операционного усилителя, который далее поступает на вход АЦП микропроцессора.