4. Расчет узлов принципиальной схемы.
4.1. ЦАП и сумматор токов
В качестве ЦАП в данном устройстве применим микросхему К572ПА1А. Её условное графическое обозначение показано на рис.
|
Рис. Условное графическое обозначение микросхемы ЦАП К572ПА1А.
Назначение выводов К572ПА1А:
Выводы 1и 2 – выходные токи ЦАП.
Вывод 3 – общий (земляной) провод.
Выводы 4 – 13 – входной двоичный код.
Вывод 14 - +U питания.
Вывод 15 – опорное напряжение.
Вывод 16 – вывод для обратной связи.
Параметры микросхемы:
Число разрядов 10
Напряжение питания +15 (+5) В.
Опорное напряжение – обычно Uпит.
Входные уровни – ТТЛ, КМОП.
Потребляемый ток – 2 мА.
Время установления – 5 мкс.
Так как ИМС К572ПА1А имеет токовые выходы, то применяют выходной сумматор, выполняемый на быстродействующем ОУ.
С учетом всего вышеизложенного данный узел будет выглядеть следующим образом (рис.):
Рис. ЦАП и сумматор токов.
На рис. :
Младший разряд ЦАП подключен к общему проводу, т.к. требуется разрядность устройства равна 9, и чтобы минимизировать ошибку, к общему проводу подключен именно младший разряд.
Напряжение питания ЦАП выбрано равным +5 В не случайно т.к. по условию выходное код устройства должен быть ТТЛ уровня, то для сопряжения ЦАП и регистра последовательных приближений, напряжение питания первого должно быть именно +5 В. Опорное напряжение ЦАП выбрано равным Uпит=+5 В. В качестве сумматора токов выбираем операционный усилитель 140УД1701А. Она обладает очень малым напряжением смещения Uсм=25 мкВ и малым температурным дрейфом ∆Uсм=0.6 мкВ/ºС. Время установление tуст=15мкс.
Диоды между ЦАП и ОУ служат для защиты от случайного попадания отрицательного напряжения на входы ОУ.
4.2. Регистр последовательных приближений.
В данном устройстве в качестве регистра последовательных приближений используется микросхема К155ИР17.
|
Рис. Условное графическое обозначение микросхемы К155ИР17
Назначение выводов К155ИР17:
Вывод 1 – разрешение преобразования.
Вывод 2 – последовательный выход.
Вывод 3 – выход сигнала окончания преобразования.
Выводы 4-9 – двоичные выходы (прямые).
Выводы 16-21 – двоичные выходы (прямые).
Вывод 12 – общий.
Вывод 13 – вход тактовых импульсов.
Вывод 14 – вход импульса сброса.
Вывод 11 – вход данных.
Вывод 23 – выход (инверсный) старшего разряда.
Параметры микросхемы К155ИР17:
Напряжение питания - +5 В.
Тип логики – ТТЛ
Ток потребления – не более 124 мА.
Рабочая частота – не более 15 МГц.
При подаче на вход S логического 0 по спаду очередного импульса отрицательной полярности (импульс 0) происходит начальная установка триггеров регистра – на выходе Q11 появляется логический 0, на выходе Q0-Q11 логическая 1. На выходе окончания преобразования P появляется логическая 1. Такое состояние регистра будет сохраняться до тех пор, пока на входе S будет логический 0.
После установления на входе S логический 1 первый спад импульса отрицательной полярности произведёт запись в триггер регистра с выходами Q11 и Q11 информации с входа D и установит выход Q10 в состояние 0, а на выходах Q9-Q0 и P будет логическая 1. Спад очередного импульса отрицательной полярности произведет запись информации со входа D в очередной триггер регистра и установит следующий за ним выход в состояние логического 0. Т.о., на выходах регистра поочерёдно появляется логический 0, вслед за ним – информация со входа D.
После записи информации со входа D в последний триггер регистра (с выходом Q0) на выходе P появляется логический 0. и это состояние регистра фиксируется до появления логического 0 на входе S. Если вход S соединить с выходом P, то появление логического 0 на вы ходе P по спаду очередного тактового импульса приведет к установлению исходного состояния регистра аналогично импульсу 0. В результате микросхема будет повторять описанный выше цикл работы с периодом 13 тактов.
Так микросхема работает при логическом 0 на входе E. Если на вход E подать логическую 1, выходы Q11-Q0 и P переходят в состояние логической 1 и на сигналы на других входах не реагируют. Наличие входа E позволяет соединять между собой микросхемы для получения регистров последовательного приближения на 24, 36 и т.д. разрядов.
Микросхема позволяет использовать её в качестве регистра последовательных приближений и с меньшим, чем на 12, числом разрядов, для чего для подачи сигнала на вход S можно использовать его соединение с любым из выходов Q11-Q0.
В нашем случае требуется регистр последовательных приближений с разрядностью 9.Для этого соединим вход S с выходом Q2. Т.о. регистр последовательных приближений будет выглядеть следующим образом (рис. )
|
Рис. Регистр последовательных приближений с разрядностью 9.
4.3 Компаратор.
Правильный выбор компаратора в этом устройстве играет важную роль. Компаратор должен обладать довольно точной чувствительностью и малым временем установления.
В данном устройстве применяется ЦАП с опорным напряжением +5 и разрядностью равной 9. Тогда шаг квантования будет равен N=5/512=9.8 мВ. Для того чтобы компаратор не вносил дополнительных шумов, он должен обладать чувствительностью не хуже 0.1…0.2 шага квантования. Т.о. для данного АЦП эта величина составит около 1 мВ.
Если компаратор будет обладать чувствительностью хуже чем 1 мВ, то младший разряд (разряды) в АЦП просто не будут реализованы.
С учётом всего вышеизложенного в качестве компаратора выберем прецизионный усилитель 14УД1701А. Не охваченный обратной связью, он с успехом выполняет функцию компаратора.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
