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

У тактові періоди 2 та 7 стани системи ідентичні, тому що при незмінному вхідному сигналі Uвх=0,6В цикл роботи займає п'ять тактових періодів. Усереднення вихідного сигналу ЦАП за цикл дійсно дає величину напруги 0,6 В:

(1-1+1+1+1)/5=0,6.

Для формування вихідного коду такого перетворювача необхідно яким-небудь чином перетворити послідовність біт на виході компаратора у виді унітарного коду в послідовний чи паралельний двійковий позиційний код. У найпростішому випадку це можна зробити за допомогою двійкового лічильника. Візьмемо в нашому прикладі 4-розрядний лічильник. Підрахунок біт на виході компаратора за 16-ти тактний цикл дає число 13. Нескладно побачити, що при Uвх=1 В на виході компаратора завжди буде одиниця, що дає за цикл число 16, тобто переповнення лічильника. Навпаки, при Uвх=-1 В на виході компаратора завжди буде нуль, що дає рівний нулю вміст лічильника наприкінці циклу. У випадку, якщо Uвх=0 то, як це видно з табл. 2, результат відліку за цикл складе 810 чи 10002. Це значить, що вихідне число АЦП представляється в зміщеному коді. У розглянутому прикладі верхня границя повної шкали складе 11112 чи +710, а нижня - 00002 чи -810. При Uвх=0,6 В, як це видно з лівої половини табл. 2, уміст лічильника складе 1310 у зміщеному коді, що відповідає +5. З огляду на те, що +8 відповідає Uвх=1 В, знайдемо

5*1/8=0,625 > 0,6 У.

При використанні двійкового лічильника як перетворювач потоку бітів, які надходять з виходу компаратора, необхідно виділяти фіксований цикл перетворення, тривалість якого дорівнює добуткові Kл fтакт. Після його закінчення повинне відбуватися зчитування результату, наприклад, за допомогою регістра та обнулення лічильника. У цьому випадку з огляду завадостійкісних властивостей сігма-дельта АЦП близькі до АЦП багатотактного інтегрування. Більш ефективним є з цього погляду застосування в сігма-дельта АЦП цифрових фільтрів з кінцевою тривалістю перехідних процесів

У сігма-дельта АЦП зазвичай застосовуються цифрові фільтри з амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) виду (sinx/x)3. Передаточна функція такого фільтра в z-області визначається виразом

де М - ціле число, яке задається програмно та дорівнює відношенню тактової частоти модулятора до частоти відліків фільтру. (Частота віджліків - це частота, з якої обновлюються дані).Наприклад, для АЦП AD7714 це число може приймати значення від 19 до 4000. У частотній області модуль передаточної функції фільтра

(13)

На рис. 16 наведено графік амплітудно-частотної характеристики цифрового фільтра, яка побудована відповідно до виразу (13) при fтакт=38,4 кгц та М=192, що дає значення частоти відліків, котра збігається з першою частотою режекції фільтра АЦП, fвід=50Гц. Порівняння цієї АЧХ з АЧХ коефіцієнта придушення завад АЦП із двохкратним інтегруванням (див. рис. 12) показує значно кращі завадостійкісні властивості сігма-дельта АЦП.

У той же час застосування цифрового фільтра нижніх частот у складі сігма-дельта АЦП замість лічильника викликає перехідні процеси при зміні вхідної напруги. Час установлення цифрових фільтрів з кінцевою тривалістю перехідних процесів, як випливає з їхньої назви, кінцевий та складає для фільтра виду (sinx/x)3 чотири періоди частоти відліків, а при початковому обнуленні фільтра - три періоди. Це знижує швидкодію систем збору даних на основі сігма-дельта АЦП. Тому випускаються ІМС AD7730 та AD7731, обладнані складним цифровим фільтром, що забезпечують переключення каналів з часом установлення 1 мс при збереженні ефективної розрядності не нижче 13 біт (так званий Fast-Step режим). Звичайно цифровий фільтр виготовляється на тім ж кристалі, що і модулятор, але іноді вони випускаються у виді двох окремих ІМС (наприклад, AD1555 - модулятор четвертого порядку та AD1556 - цифровий фільтр).

Рис.16АЧХ цифрового фільтра сігма-дельта АЦП

Порівняння сігма-дельта АЦП із АЦП багатотактного інтегрування показує значні переваги перших. Насамперед, лінійність характеристики перетворення сігма-дельта АЦП вища, ніж у АЦП багатотактного інтегрування рівної вартості. Це пояснюється тим, що інтегратор сігма-дельта АЦП працює в значно більш вузькому динамічному діапазоні, та нелінійність перехідної характеристики підсилювача, на якому побудований інтегратор, позначається значно менше. Ємність конденсатора інтегратора в сігма-дельта АЦП значно менша (десятки пікофарад), так що цей конденсатор може бути виготовлений прямо на кристалі ІМС. Як наслідок, сігма-дельта АЦП практично не має зовнішніх елементів, що істотно скорочує площу, яку він займає на платі, та знижує рівень шумів. У результаті, наприклад, 24-розрядний сігма-дельта АЦП AD7714 виготовляється у виді однокристальної ІМС у 24-вивідному корпусі, споживає 3 мвт потужності та коштує приблизно 14 доларів США, а 18-розрядний АЦП восьмитактного інтегрування HI-7159 споживає 75 мвт та коштує близько 30 доларів. До того ж сігма-дельта АЦП починає давати правильний результат через 3-4 відліки після стрибкоподібної зміни вхідного сигналу, що при величині першої частоти режекції, рівної 50 Гц, та 20-розрядному розрішенні складає 60-80 мс, а мінімальний час перетворення АЦП HI-7159 для 18-розрядного дозволу та тієї ж частоти режекції складає 140 мс. У даний час ряд ведучих по аналого-цифровим ІМС фірм, такі як Analog Devices та Burr-Brown, припинили виробництво АЦП багатотактного інтегрування, цілком перейшовши в області Ац-перетворення високого розрішення на сігма-дельта АЦП.

Сігма-дельта АЦП високого розрішення мають розвиту цифрову частину, що включає мікроконтролер. Це дозволяє реалізувати режими автоматичної установки нуля та самокалібрування повної шкали, зберігати калібровані коефіцієнти та передавати їх за запитом зовнішнього процесора

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве