WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Автоматична корекція нуля. Перетворення біполярних вхідних сигналів. Сігма-дельта АЦП - Реферат

Автоматична корекція нуля. Перетворення біполярних вхідних сигналів. Сігма-дельта АЦП - Реферат

Реферат на тему:

Автоматична корекція нуля. Перетворення біполярних вхідних сигналів. Сігма-дельта АЦП

Як випливає з (10), статична точність АЦП багатотактного інтегрування визначається тільки точністю джерела опорної напруги та зсувом нуля інтегратора та компаратора, які сумуються з опорною апругою. Зсув нуля можна усунути автоматичною компенсацією. Для цього в цикл перетворення вводять додаткову стадію установки нуля (див. рис. 11), під час якої інтегратор відключається від джерел сигналів та разом з компаратором охоплюється глибоким негативним зворотним зв'язком, як це показано на рис 13. Тут як компаратор використовується ОП. Між інтегратором та входом АЦП увімкнено неінвертуючий повторювач як буферний підсилювач Б.

Рис.13 АЦП двотактного інтегрування з автоматичною компенсацією зсуву нуля

У фазі автоматичної компенсації нуля ключі S1, S3, S5 розімкнуті, а ключі S2, S4, S6, S7 - замкнуті. Тому інтегратор, компаратор та буферний підсилювач утворять повторювач напруги, вихідна напруга якого Uдо подається на конденсатор автоматичної компенсації Сак Вхідна напруга буферного підсилювача дорівнює нулю, а вихідна - його зсуву нуля U0б Після закінчення перехідних процесів на конденсаторі Сак установиться напруга, яка рівна U0б+U0та, де U0та - зсув нуля інтегратора. Одночасно конденсатор Соп заряджається від джерела опорної напруги

На стадії інтегрування вхідної напруги ключі S4 та S7 розмикаються, а S1 - замикається. Тому що на цей час напруга на конденсаторі Сак запам'ятовується, зсув нуля протягом фази інтегрування компенсується. При цьому дрейф нуля визначається тільки короткочасною нестабільністю, яка дуже мала. Те ж саме зберігається на стадії відліку

Оскільки в контурі компенсації зсуву нуля послідовно увімкнено два підсилювачі, то легко можуть виникнути автоколивання. Для стабілізації послідовно з ключем S7 варто включити резистор.

Після закінчення фази інтегрування схема керування аналізує вихідну напругу компаратора. Якщо середнє значення вхідної напруги позитивне, то на виході компаратора встановлюється напруга високого рівня. У цьому випадку одночасно з розмиканням ключа S1 замикаються ключі S4 та S5, підключаючи до входу буферного підсилювача конденсатор Соп зі збереженою на ньому опорною напругою, причому так, що ця напруга має полярність, яка протилежна полярності джерела опорної напруги. Якщо середнє значення вхідної напруги негативне, то на виході компаратора встановлюється напруга низького рівня. Тоді замикаються ключі S3 та S6, підключаючи до входу буферного підсилювача опорний конденсатор іншими полюсами. В обох випадках у стадії відліку відбувається зміна напруги інтегратора Uта(t) у напрямку, що протилежний тому, який мав місце в стадії інтегрування. Одночасно схема управління формує код знаку. Таким чином, у найпростішому випадку вихідний код АЦП являє собою прямий код із знаком

Інтегральні АЦП багатотактного інтегрування виготовляються у виді напівпровідникових ІМС. Можна розрізнити дві головні групи:

схеми з паралельним чи послідовним виходом для сполучення з мікропроцесорами (наприклад, ICL7109, вихідне слово якого включає 12 біт плюс знак у паралельному 14-ти чи 8-ми розрядному коді, чи 18-розрядний плюс знак МАХ132 з послідовним інтерфейсом);

схеми з двійковими-десятковими лічильниками з дешифраторами для управління семисегментними індикаторами, у тому числі мультиплексованими. Такі АЦП застосовуються як основа для цифрових вольтметрів. Прикладами можуть служити ICL7106 (вітчизняний аналог - 572ПВ5) із діапазоном +/-2000 відліків чи ICL7135 (вітчизняний аналог - 572ПВ6) із діапазоном +/-40000 відліків.

Сігма-дельта АЦП

АЦП багатотактного інтегрування мають ряд недоліків. По-перше, нелінійність перехідної статичної характеристики операційного підсилювача, на якому виконують інтегратор, помітним чином позначається на інтегральній нелінійності характеристики перетворення АЦП високої роздільної здатності. Для зменшення впливу цього фактора АЦП виготовляють багатотактними. Наприклад, 13-розрядний AD7550 виконує перетворення в чотири такти. Іншим недоліком цих АЦП є та обставина, що інтегрування вхідного сигналу займає в циклі перетворення тільки приблизно третю частину. Дві третини циклу перетворювач не приймає вхідний сигнал. Це погіршує завадостійкісні властивості інтегруючого АЦП. По-третє, АЦП багатотактного інтегрування повинен мати досить велику кількість зовнішніх резисторів та конденсаторів з високоякісним діелектриком, що значно збільшує місце, яке перетворювач займає на платі та, як наслідок, підсилює вплив завад

Ці недоліки багато в чому усунуті в конструкції сігма-дельта АЦП (у ранній літературі ці перетворювачі називалися АЦП із врівноваженням чи балансом зарядів). Своєю назвою ці перетворювачі зобов'язані наявністю в них двох блоків: суматора (позначення операції - ) та інтегратора (позначення операції -  ). Один із принципів, закладених у такого роду перетворювачах, що дозволяє зменшити похибку, внесену шумами, а отже збільшити роздільну здатність - це усереднення результатів виміру на великому діапазоні часу

Рис.14 Структурна схема сігма-дельта модулятора

Основні вузли АЦП - це сігма-дельта модулятор та цифровий фільтр. Схема n-розрядного сігма-дельта модулятора першого порядку наведена на рис. 14. Робота цієї схеми заснована на відніманні від вхідного сигналу Uвх(t) величини сигналу на виході ЦАП, отриманої на попередньому такті роботи схеми. Отримана різниця інтегрується, а потім перетвориться в код паралельним АЦП невисокої розрядності. Послідовність кодів надходить на цифровий фільтр нижніх частот

Порядок модулятора визначається кількістю інтеграторів та суматорів у його схемі. Сігма-дельта модулятори N-го порядку містять N суматорів та N інтеграторів та забезпечують більше співвідношення сигнал/шум при тій ж частоті відліків, ніж модулятори першого порядку. Прикладами сігма-дельта модуляторів високого порядку є одноканальний AD7720 сьомого порядку та двохканальный ADMOD79 п'ятого порядку

Рис.15 Структурна схема сігма-дельта АЦП

Найширше в складі ІМС використовуються однобітні сігма-дельта модулятори, у яких у якості АЦП використовується компаратор, а в якості ЦАП - аналоговий комутатор (рис. 15). Принцип дії пояснений у табл. 2 на прикладі перетворення вхідного сигналу, рівного 0,6 В, при Uоп=1 В. Нехай постійна часу інтегрування інтегратора чисельно дорівнює періодові тактових імпульсів. У нульовому періоді вихідна напруга інтегратора скидається в нуль. На виході ЦАП також встановлюється нульова напруга. Потім схема проходить через показану в табл. 9 послідовність станів

Таблиця 2

Uвх=0,6 В

Uвх=0 В

N такту

U, У

Uі, В

Uк, біт

UЦАП, В

N такту

U, У

Uі, В

Uк, біт

UЦАП, В

1

0,6

0,6

1

1

1

1

1

1

1

2

-0,4

0,2

1

1

2

-1

0

0

-1

3

-0,4

-0,2

0

-1

3

1

1

1

1

4

1,6

1,4

1

1

4

-1

0

0

-1

5

-0,4

1,0

1

1

5

1

1

1

1

6

-0,4

0,6

1

1

6

-1

0

0

-1

7

-0,4

0,2

1

1

7

1

1

1

1

8

-0,4

-0,2

0

-1

8

-1

0

0

-1

9

1,6

1,4

1

1

9

1

1

1

1

10

-0,4

1,0

1

1

10

-1

0

0

-1

11

-0,4

0,6

1

1

11

1

1

1

1

12

-0,4

0,2

1

1

12

-1

0

0

-1

13

-0,4

-0,2

0

-1

13

1

1

1

1

14

1,6

1,4

1

1

14

-1

0

0

-1

15

-0,4

1,0

1

1

15

1

1

1

1

16

-0,4

0,6

1

1

16

-1

0

0

-1

Loading...

 
 

Цікаве