1225

UREF 10, 24 В , чтобы иметь вес младшего разряда 10 мВ). Сопротивления для выходного операционного усилителя тоже вхо-

дят в состав прецизионных поликремниевых резисторов микросхемы. Время преобразования не более 5 мкс.

Микросхема К572ПА2 (рис. 5.7) позволяет преобразовывать 12 разрядов, содержит более 1000 элементов. В состав микросхемы входят:

УЦ – согласователь уровня ТТЛ с КМОП уровнем.

RG1, RG2 – регистры памяти для записи и хранения цифровой

UREF max 22,5 В .

Время преобразования – не более 15 мкс.

Рис. 5.7. Структура микросхемы ЦАП К572ПА2

Микросхема К594ПА1: 12-разрядная со встроенным источником тока на основе ОУ для повышения стабильности, tуст = 3,5 мкс.

61

Микросхема К1108ПА1: 12-разрядная, tуст = 0,4 мкс. Микросхема К1118ПА: 8-разрядная, tуст = 40 нс. Микросхема К1118ПА2: 10-разрядная, tуст = 80 нс.

5.3. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП)

Принципы исполнения АЦП:

последовательного счета; последовательных приближений; параллельного считывания; интегрирующие.

Принцип работы АЦП с последовательным счетом представлен на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Структура АЦП с последовательным счетом

Заполнение счетчика тактовой частоты до тех пор, пока выходное напряжение ЦАП, полученное при преобразовании кода счетчика, не сравняется с входным напряжением. Данный принцип применялся, когда не было интегральных АЦП.

В интегральных АЦП применяются три последних принципа. Структура АЦП, выполненного по методу последовательных

приближений, дана на рис. 5.9.

По этому методу сдвиговый регистр поочередно добавляет единицу в разряды регистра последовательных приближений, начиная

62

со старшего. Если компаратор напряжения при этом отмечает, что напряжение ЦАП больше Uвх, то эта очередная единица в регистрах не фиксируется (иначе – фиксируется). Таким образом происходит «взвешивание» всех разрядов двоичного кода.

Рис. 5.9. Структура АЦП по методу последовательных приближений

Для получения 12-разрядного кода при UREF 10, 24 В , приме-

ненного для ЦАП, каждому разряду кода соответствует аналоговый сигнал (табл. 5.2).

63

В этой таблице показаны все 12 тактов последовательного взвешивания для Uвх 8,051 В .

Буферный регистр обычно имеет три стабильных состояния выходов, может выдавать информацию побайтно или 16-разрядным словом, в параллельном коде или последовательном по сигналам на считывание.

Внешний компаратор напряжения применяют для того, чтобы повысить точность.

Примеры АЦП последовательных приближений. К572ПВ1 – 12-разрядный, tпреобр 111 мкс .

К572ПВ3 – 8-разрядный внутренний компаратор, tпреобр 7,5 мкс . К1108ПВ1 – 10-разрядный, внутренние компаратор и источник

опорного напряжения, tпреобр 0,9 мкс , Uвх = 0…3 В. К1108ПВ2 – 12-разрядный, Uвх = 0…5 В, tпреобр 2 мкс . К1113ПВ1 – 10-разрядный, tпреобр 30 мкс .

К574ПВ4 – 8-разрядный, 8 входов (есть мультиплексор на входе), ОЗУ 8×8, считывание ОЗУ внешним устройством (микропроцессором).

АЦП параллельного считывания

Это наиболее быстродействующие преобразователи, так как сравнение с делителем напряжения, имеющим 2n ступеней, где n – разрядность АЦП, происходит каждый такт. Структура подобного АЦП приведена на рис. 5.10.

С компараторов следует позиционный код, когда верхние компараторы будут все в «1», нижние – в «0». Позиционный код преобразуется в двоичный код.

64

Примеры АЦП параллельного считывания:

К1107ПВ1 – 6-разрядный, Uвх = 0…2 В, tпреобр 0,1 мкс . К1107ПВ2 – 8-разрядный (уже 256 компараторов), tпреобр 0,1мкс .

К1126ПВ1 – двухканальный АЦП – 3-разрядные (для электронного щитка автомобиля).

Рис. 5.10. Структура АЦП параллельного считывания

Интегрирующие АЦП

Наименьшее быстродействие, но простота, выход сразу на индикацию. Осуществляется двойное интегрирование с автоматической коррекцией нуля и определением полярности сигнала. Структурная схема интегрирующего АЦП приведена на рис. 5.12, временная диаграмма работы – на рис. 5.11.

65

На 1-м этапе интегратор заряжается от Uвх со стабильной длительностью. На 2-м отрезке интегратор разряжается от стабильного источника UREF, ведется подсчет времени разряда Tх. На третьем отрезке производится компенсация дрейфа нуля интегратора. Все временные отрезки отмеряются путем подсчета тактовых импульсов счетчиком.

Рис. 5.11. Временная диаграмма работы интегрирующего АЦП

Рис. 5.12. Структура интегрирующего АЦП: ИОН – источник опорного напряжения;

ГТИ – генератор тактовых импульсов

66

Учитывая равенство заряда и разряда:

Пример интегрирующего АЦП:

К572ПВ2 – выходной код, специальный для непосредственного управления 7-сегментным десятичным индикатором на 3,5 декады

(до 4999).

Здесь не требуются ЦАП с высокоточными резисторными матрицами, нет высоких требований к стабильности интегратора, тактовой частоты (увеличение fT приводит к уменьшению Tст, но тогда меньше будет и время разряда). Схема позволяет хорошо подавить сетевые помехи (входной сигнал измеряется как среднее за Tст).

К572ПВ1, К572ПВ2 – tзар = 4 103 периодов fT; tразр mах = 8 103 периодов fT;

tавтокомп ≈ 4 103 периодов fT или 16 103 fT;

fT кратна 50 Гц (50, 100, 200 кГц);

При fT = 200 кГц цикл работы t∑ = 16 103/ fT = 80 мс.

При δ < 0,1 % высокая помехозащищенность и дешевизна.

5.4.ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРОЦЕССОР КМ1813ВЕ1

Вмикросхему включены:

на входе 8-разрядный АЦП последовательных приближений; ОЗУ – 40 ячеек по два 25-разрядных слова; ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием для хранения команд

(команды «Электроника-60»); выход – 8-разрядный ЦАП.

67

Таким образом, имеем цифровую обработку вводимых аналоговых сигналов, на выходе снова аналоговые сигналы.

Широко используется в аппаратуре низкочастотной связи, измерительной технике, устройствах распознавания речи, образов, обработки акустических голограмм, в биомедицинской аппаратуре, автомобильной электронике и т.д.

Контрольные вопросы

1.Нарисуйте схему резисторной матрицы R-2R, применяемую

в8-разрядном ЦАП.

2.Для каких целей используются: тристабильные выходы ИМС;

выходы ИМС с открытым коллекторным выходом.

3.Покажите состояние регистра последовательных приближе-

ний в 8 тактах взвешивания 8-разрядного АЦП при UREF = 10,24 B,

Uвх = 4,01 В.

4.Укажите сферу применения АЦП параллельного считывания

иинтегрирующих АЦП.

5.Почему в ЦАП и АЦП используются преобразователи на 6–12 разрядов. Сколько разрядов Вы выберите в конкретном случае?

6.Сколько компараторов в 6-разрядном АЦП параллельного считывания?

68

6.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

6.1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «ЧАСТОТА – НАПРЯЖЕНИЕ»

Структура стандартного преобразователя «частота – напряжение» представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Структура стандартного преобразователя «частота – напряжение»

ФИСД – формирователь импульсов стабильной длительности (одновибратор).

ФИСА – формирователь импульсов стабильной амплитуды. ФНЧ – фильтр низких частот.

Временная диаграмма работы преобразователя приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Временная диаграмма работы преобразователя «частота – напряжение»

69

Одновибратор обычно выполняется на счетчике заполнением его тактовой частотой (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Структура формирователя импульсов стабильной длительности

Формирователи импульсов стабильной длительности выполняются на любом ключевом элементе с питанием его стабильным напряжением.

Принципиальная схема фильтра низкой частоты второго порядка

выходную частоту 0,01…10 кГц (возможно до 500 кГц). Временная диаграмма изменения выхода интегратора при входных сигна-

70