Самостоятельная работа 6
.docx
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 ≤ UВХ ≤ +5 В.
Задано: В каскадах используются: 1) 4-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения UОП1 от +1 до +7 В, UОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП tПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 4-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла СВЫХ.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс.
Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.
Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП UШ.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП hКАСКАДН.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 hКАСКАДН.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс;
6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код tПРjКАСКАД для каждого каскада каскадного АЦП;
7) определить время преобразования всего каскадного АЦП tПР.КАСКАДН.АЦП;
8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;
9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(tЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования tПР.КАСКАДН.АЦП;
10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ SМОП.МАКС, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа RКЛ.ОТКР = 1/SМОП.МАКС; б) межэлектродных емкостей CЗИ, CЗС, CСИ; в) сопротивление утечки RСИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения СХР в запертом состоянии ключа.
11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения СХР, 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 ≤ UВХ ≤ +4 В.
Задано: В каскадах используются: 1) 3-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения UОП1 от +1 до +7 В, UОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП tПР.АЦП = 15 нс; 2) а также 3-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла СВЫХ.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 25 нс.
Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.
Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП UШ.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП hКАСКАДН.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 hКАСКАДН.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс;
6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код tПРjКАСКАД для каждого каскада каскадного АЦП;
7) определить время преобразования всего каскадного АЦП tПР.КАСКАДН.АЦП;
8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;
9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(tЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования tПР.КАСКАДН.АЦП;
10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ SМОП.МАКС, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа RКЛ.ОТКР = 1/SМОП.МАКС; б) межэлектродных емкостей CЗИ, CЗС, CСИ; в) сопротивление утечки RСИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения СХР в запертом состоянии ключа.
11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения СХР, 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 ≤ UВХ ≤ +6 В.
Задано: В каскадах используются: 1) 5-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения UОП1 от +1 до +7 В, UОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП tПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 5-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла СВЫХ.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс.
Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.
Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП UШ.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП hКАСКАДН.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 hКАСКАДН.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс;
6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код tПРjКАСКАД для каждого каскада каскадного АЦП;
7) определить время преобразования всего каскадного АЦП tПР.КАСКАДН.АЦП;
8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;
9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(tЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования tПР.КАСКАДН.АЦП;
10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ SМОП.МАКС, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа RКЛ.ОТКР = 1/SМОП.МАКС; б) межэлектродных емкостей CЗИ, CЗС, CСИ; в) сопротивление утечки RСИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения СХР в запертом состоянии ключа.
11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения СХР, 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 ≤ UВХ ≤ +7 В.
Задано: В каскадах используются: 1) 3-х разрядные АЦП параллельного типа, допустимые значения UОП1 от +1 до +8 В, UОП2 = 0В, время преобразования такого АЦП tПР.АЦП = 20 нс; 2) а также 3-х разрядные резистивные ЦАП с токовым выходом и емкостью выходного узла СВЫХ.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 25 нс.
Составить: схему каскадного АЦП с УВХ на его входе.
Требуется: 1) обеспечить необходимое значение полной шкалы АЦП UШ.П; разрядность каскадного АЦП n, шаг квантования каскадного АЦП hКАСКАДН.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 hКАСКАДН.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 tУСТ.ЦАПиОУ ≤ 30 нс;
6) определить время преобразования аналоговой части сигнала в соответствующий каскаду код tПРjКАСКАД для каждого каскада каскадного АЦП;
7) определить время преобразования всего каскадного АЦП tПР.КАСКАДН.АЦП;
8) определить максимальную частоту дискретизации входного сигнала;
9) изобразить диаграмму последовательности преобразований в частные коды каскадов Njкаск.(tЗД.ПР.j) во времени для последовательности всех каскадов с указанием задержек преобразования в каждом каскаде и момента завершения всего преобразования tПР.КАСКАДН.АЦП;
10) Выбрать и обосновать значения параметров МОП транзистора в качестве ключа в УВХ: а) максимальное значение крутизны ВАХ SМОП.МАКС, обеспечивающее сопротивление в открытом состоянии ключа RКЛ.ОТКР = 1/SМОП.МАКС; б) межэлектродных емкостей CЗИ, CЗС, CСИ; в) сопротивление утечки RСИ.УТ между стоком и истоком МОП транзистора, через которое разряжается емкость конденсатора хранения СХР в запертом состоянии ключа.
11) Выбрать и обосновать значение емкости конденсатора хранения СХР, 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.