WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

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

ГоловнаТехнічні науки → Сутність аналого-цифрових перетворювачів - Курсова робота

Сутність аналого-цифрових перетворювачів - Курсова робота

Стадія лічення закінчується, коли вихідна напруга інтегратора переходить через нуль. При цьому компаратор К перемикається і лічення зупиняється. Інтервал часу, на якому іде стадія лікування, визначається рівнянням:

Ui(t1) + = 0.

Рис.11. Діаграма роботи АЦП багатократного інтегрування

Якщо підставити значення Ui з урахуванням того, що t2 = n2/Fтакт, де n2 – зміст лічильника після закінчення стадії лічення, то одержимо:

n2 = Uвх.сер Кл/Uоп.

З цієї формули виходить, що особливістю методу багатократного інтегрування, що ні тактова частота, ні постійна інтегрування RC не впливають на результат. Необхідно тільки, щоб тактова частота на інтервалі часу t1 + t2 залишалась постійною. Це можна забезпечити при використанні простого генератора тактової частоти (ГТІ), оскільки дрейф його частоти проходить за час забагато більший, ніж час перетворення.

У всі математичні вирази, що наведені вище, входить не миттєве значення напруги, а значення, усереднене за час t1. тому, чим вище частота перешкоди, тим більше ослаблення перешкоди.

10.Перетворювачі напруга–частота

На базі перетворювачів напруга-частота (ПНЧ) можуть бути побудовані інтегруючі АЦП, що забезпечують високу точність перетворення. Існує декілька типів ПНЧ. Найбільше застосування одержали ПНЧ з заданою тривалістю вихідного імпульсу. Структурна схема такого ПНЧ наведена на рис.12. По цій схемі побудована вітчизняна мікросхема КР1108 ПП1.

Під дією позитивного вхідного сигналу Uвх напруга Uи на виході інтегратора И зменшується. При цьому ключ S розімкнений. Коли напруга Uи зменшується до нуля, компаратор К перемикається та запускає одновібратор. Той формує імпульс стабільної тривалості Ти, який керує ключем. Послідовність цих імпульсів є вихідним сигналом ПНЧ. Ключ замикається, струм Іоп на протязі Ти поступає на вхід інтегратору, призводячи до збільшення вихідної напруги інтегратору. Далі процес повторюється.

Рис.12. Схема перетворювача напруга-частота

Імпульси струму Іоп зрівноважують струм, що викликається вхідною напругою Uвх. У сталому режимі

.

Звідки: f = 1/T = Uвх.сер/RIопТи,

де Uвх.сер – середнє значення вхідної напруги за період Т.

Цей вираз показує, що точність перетворення визначається точністю установки опорного струму Іоп, точністю витримки тривалості імпульсу одно вібратора Ти, а також точністю резистора R. Ємність інтегратора на впливає на частоту ПНЧ. таким чином, ПНЧ перетворює вхідну напругу в унітарний код. Для його перетворення у двійковий позиційний можна використовувати лічильник. Схема інтегруючого АЦП на базі ПНЧ наведена на рис.1

Рис.1 Схема інтегруючого АЦП на базі ПНЧ

Двійковий лічильник підраховує кількість імпульсів, що поступила від ПНЧ за період Твідл = 1/fвідл, що задається відліковими імпульсами. котрими вміст лічильника заноситься у вихідний регістр. За цим проводиться скидання лічильника. Кількість імпульсів n, що підраховані лічильником за час Твідл:

n = Т відл Uвх сер./Ти RIоп.

Тут Uвх.сер – середнє значення вхідної напруги за увесь період Твідл.

Можна помітно підвищити точність ПНЧ, якщо замість одновібратору підключити D-трігер, що тактується імпульсами стабільної частоти.

11. Сігма-дельта АЦП

АЦП багатократного інтегрування мають багато недоліків. По-перше нелінійність перехідної статичної характеристики операційного підсилювача, на якому зроблений інтегратор, помітно визначається на характеристиці перетворення АЦП з високим розділенням. Для зменшення впливу цього фактору АЦП виготовляють багатоактними. Наприклад 13-розрядний AD7550 виконує перетворення у 4 такти. Іншим недоліком цих АЦП є та обставина, що інтегрування вхідного сигналу займає у циклі перетворення тільки приблизно третину. Дві третини циклу перетворювач не приймає вхідний сигнал. Це погіршує властивості АЦП щодо придушення спотворень. По-третє АЦП багатотактного перетворення повинен мати досить багато наріжних резисторів та конденсаторів з високоякісним діелектриком, що значно збільшує місце, що займає перетворювач на платі.

Ці недоліки усунуті у сигма-дельта АЦП. У цих АЦП є два головних блоки: суматор та інтегратор. Один з принципів у цих перетворювачах, що дозволяє зменшити погрішність, що вноситься спотвореннями – це усереднення результатів вимірів на великому інтервалі часу.

Головні вузли АЦП – сігма-дельта модулятор та цифровий фільтр. Схема N- розрядного сігма-дельта модулятора першого порядку наведена на рис.14.

Рис.14. Сігма-дельта модулятор першого порядку

Робота цієї схеми заснована на відніманні з вхідного сигналу Uвх(t) величини сигналу на виході ЦАП, що здійснена а попередньому такті роботи схеми. Одержана різниця інтегрується, а потім перетворюється у код паралельним АЦП невеликої розрядності. Послідовність кодів поступає на цифровий фільтр нижніх частот.

Порядок модулятора визначається кількістю інтеграторів та суматорів в його схемі. Сігма-дельта модулятори N-го порядку мають N суматорів та N інтеграторів та забезпечують більше співвідношення сигнал-спотворення при тій же частоті відліків, що і модулятори першого порядку. Прикладами сігма-дельта модуляторів високого порядку є одноканальний AD7720 сьомого порядку. Найбільш широко у складі інтегральних мікросхем використовуються однобітні сігма-дельта модулятори, в яких у якості АЦП використовується компаратор, а в якості ЦАП – аналоговий комутатор – рис.15.

Рис.15. Сігма-дельта АЦП першого порядку

На відміну від АЦП з перетворювачами напруга – частота сігма-дельта модулятор синхронізований тактовою частотою fтакт. Вихідний сігма-дельта модульований сигнал є послідовність одиничних та нульових посилок, тривалість яких t = 1/fтакт, а загальна частота – fтакт. При цьому частота одиничних посилок є частотою модулятора і пропорційна модулюючому аналоговому сигналу.

Частота тактових імпульсів вибирається з розрахунку fтакт = fдКдец, де Кдец – коефіцієнт децимації, зниження частоти відліків до значення частоти дискретизації fд при наступному цифровому перетворенні. В найпростішому випадку Кдец = 2N, де N – розрядність формованого цифрового сигналу. Згідно з теоремою Котельникова, для дискретизованого сигналу з верхньою частотою спектру fc повинна виконуватись умова fc < fд/2. Ця умова розповсюджується не тільки на корисний сигнал, але і на супроводжуючі його спотворення. Тому на вході звичайних АЦП встановлюють фільтр нижніх частот.

Для сігма-дельта модулятора тактова частота fт є частотою дискретизації його вхідного сигналу. Оскільки fт в Кдец разів більша за fд, її називають частотою збиткової дискретизації (oversampling). На рис.16 показані епюри напруг звичайного перетворення напруги у частоту (а), і перетворення у сігма-дельта модуляторі (б).

Рис.16. Епюри напруг: а) перетворення напруги в частоту; б) перетворення у сігма-дельта модуляторі

Імпульси при звичайній модуляції мають постійну тривалість, а сігма-дельта - змінну, але кратну t = 1/fт (складаються з одиничних посилок). Зліва на рис.16 записані значення частот проходження імпульсів перетворення у частоту та одиничних посилок сігма-дельта модулятора, що виражені через через t. Справа на рис.16 показана та ж сама послідовність, але синхронізована. Таким чином, сігма-дельта- модульований сигнал це частотно-модульована послідовність одиничних імпульсів, частота яких пропорційна сумі сигналу та шуму синхронізації.

На сьогодні сігма-дельта АЦП – єдині, які можуть виконати 24-розрядне перетворення аналогового сигналу.

12. Системи збирання даних та мікроконвертори

Зараз розповсюджені АЦП, де дані сприймаються з багатьох джерел. Такі АЦП називаються системами збирання даних (data acquisition system) або мікроконверторами. Функціональна схема мікроконвертора наведена на рис.17.

Рис.17. Функціональна схема мікроконвертора

Основу цієї системи складає АЦП, звичайно АЦП послідовного наближення. Щоб зменшити кількість корпусів інтегральних мікросхем, що потрібні для системи збору даних, у схему вмонтовані ПВЗ та джерело постійного живлення, Для підключення до декількох джерел вхідних аналогових сигналів використовується аналоговий мультіплексор. Щоб зменшити частоту переривань головного процесора деякі системи збору даних мають оперативні запам'ятовуючі пристрої типу FIFO (First In – First Out – першим увійшов – першим вийшов). Вимірювальний підсилювач, що входить у систему, змінює свій коефіцієнт підсилення по команді зі схеми керування. Це дозволяє вирівняти діапазони аналогових сигналів з різних входів. Схема керування може включати до себе оперативний запам'ятовуючий пристрій, в який завантажується від головного процессору блок робочих команд. В систему збирання даних вбудовується цифровий таймер, який визначає темп перетворення АЦП.

Характерним прикладом системи збирання даних є AD7581 (вітчизняний аналог 572ПВ4), що містить 8-входовий аналоговий мультиплексор, 8-розрядний АЦП послідовного наближення та запам'ятовуючий пристрій.

Особий клас пристроїв з АЦП – це мікроконвертори. Analog Devices створила прилади програмовані пристрої, що вміщували багатоканальний АЦП, мікро контролер та одно- або двохканальний ЦАП. Такий мікро конвертор приймає аналогові сигнали, перетворює їх у цифрові коди, по програмі мікроконтролера перетворює ці коди та за допомогою ЦАП знову перетворює їх у аналогові сигнали. Мікроконвертор ADuC812 має 8-канальний мультіплексор, ПВЗ, 12-розоядний АЦП послідовного наближення з швидкодією 200 кіловибірок за секунду, 2 12-розрядні ЦАП та мікроконтролер.

13. Інтерфейси АЦП

Цифровий інтерфейс – система, що забезпечує зв'язок АЦП з приймачами цифрових сигналів. Структура цифрового інтерфейсу визначає спосіб підключення АЦП до приймача цифрового коду, зокрема мікропроцесора, або цифрового процесора сигналів.

Loading...

 
 

Цікаве