Устройства аналоговой памяти (устройства “выборки - хранения”)(УВХ).

Метод поразрядного уравновешивания.(Л9).

Основан на последовательном уточнении разрядов от старшего к младшему, при этом каждый шаг уточнения проводится в соответствии с результатом сравнения U_ВХ с аналоговым эквивалентом выходного кода. Минимизируется разница между входным напряжением и напряжением обратной связи.

U_ВХ – U_И ® min (*).

U_ОС устанавливается в соответствии с текущим значением выходного кода.

U_И – образ кода, который задается состоянием ключей.

U_И(t) = U₀ S 2^{i – 1} z(t)

i=0

УСУ (устройство сравнения и управления) осуществляет управление ключами z₁ … z₂ так, чтобы обеспечить (*).

В исходном состоянии ключи разомкнуты U_И = 0.Подаем некоторое напряжение, устройство сравнения начинает управлять ключами со старшего разряда. УСУ сравнивает, не больше ли это значение входного. Если это значение не достигается, то ключ всегда должен быть замкнут. Далее переход к следующему разряду. До последнего самого младшего разряда.

Это устройство выполняет функции компаратора.

Пример : n = 5.

Работа схемы представляется графиком :

В исходном состоянии U = 0. Пусть входное напряжение между 10 U₀ и 12 U₀ .

j U_И

0 0 U_ВХ > U_И

1 16 U₀ U_ВХ < U_И (анализируется результат сравнения)

2 0 U_ВХ > U_И

3 8 U₀ U_ВХ > U_И

4 8 U₀ U_ВХ > U_И

5 12 U₀ U_ВХ < U_И

6 8 U₀ U_ВХ > U_И

7 10 U₀ U_ВХ > U_И

8 10 U₀ U_ВХ > U_И

9 11 U₀ U_ВХ < U_И

Первый шаг : пробное включение старшего разряда U_И = 16 U₀

Анализ : U_ВХ < U_И Þ старший разряд необходимо отключить.

На втором шаге закрепляется значение z₅ = 0.

На третьем шаге пробное включение z₄ текущее значение U_И получаем 8U₀ . Это меньше U_ВХ Þ закрепляем z₄ = 1 на четвертом шаге.

На пятом шаге пробное включение z₃ . Текущее значение U_И = 12 U₀ . Это больше U_ВХ Þ на шестом шаге закрепляем z₃ = 0 и т.д.

Итог : 01011 это число «11» в десятичной системе исчисления, т.о. в конце n –ого шага получим код, максимально соответствующий входному сигналу.

Точность метода определяется точностью сравнения и точностью ЦАП (точностью двойного взвешивания эталонов и точность суммирования) .

Период измерения постоянный и равен n тактам. Здесь достигается минимальное время преобразования.

Параллельный АЦП

Параллельный метод заключается в сравнении преобразуемой величины с полным набором эквивалентов возможных значений выходной величины.

ОУ выступает в роли компаратора.

Делитель R1 – Rn предназначен для создания нормального набора напряжении U1 ¸ Un , с которыми сравнивается U_ВХ.

U1 = U_I

Un = U_II U_jÎ( U_I, U_II)

Принцип работы схемы основан на определении номера промежутка j, такого, что U_j > U_ВХ > U_j₊₁ ; тогда число m = 2ⁿ, где n – разрядность двоичного кода.

Он требует 2ⁿ компараторов, столько же источников эталонного напряжения и столько же входов дешифратора.

Дешифратор формирует из кода N’ параллельный код, т.к. между множеством N_ВЫХ и N’ имеется однозначное соответствие. Время измерения равно времени переходных процессов в компараторе и логических устройствах.

Недостаток схемы – сложность, т.к. требуется 2ⁿ компараторов и сложный дешифратор.

Устройства аналоговой памяти (устройства “выборки - хранения”)(УВХ).

Они позволяют по импульсу записи осуществлять запоминание и хранение величины входного аналогового сигнала.

U_ВЫХ(t) ® U_ВХ(t)

При Dt®0

U_ВЫХ_i(t) = U_ВХ(t) , t_i – момент для подачи импульса записи.

В момент подачи импульса U_У С заряжается до U_ВХ . В момент подачи импульса U_З , происходит запись входного сигнала УВХ и идеальный УВХ не меняет напряжения на выходе, вплоть до поступления следующего импульса записи.

В момент подачи импульса U_З погрешность отсутствует.

D U_ВЫХМАХ » (d U_ВХ(t)/dt)_МАХ · Dt

Реализация :

При замыкании ключа коротким импульсом U_З , от источника U_ВХ потечет громадный зарядный ток, который мгновенно заряжает С до величины U_ВХ(t₀). Далее при размыкании U_ВЫХ сохраняется равным U_С .

U_ВХ = const

Параметры идеального УВХ :

Сопротивление ключа равно 0 (когда он замкнут), либо ¥ (разомкнут).

Емкость С близка к 0, а внутреннее сопротивление источника U_ВХ также близко к 0 – в этом случае запись происходит мгновенно. Сопротивление утечки С = ¥ и сопротивление нагрузки на УВХ равно ¥ - в этом случае записанный ранее результат будет сохранять значения долго, т.к. разряд конденсатора отсутствует.

Лекция№10

Реальная схема замещения в режиме записи будет иметь вид :

U_K_МАХ = (d U_ВХ(t)/dt)_МАХ *Dt

DU_УСТ определяется делителем r_ВН, R_КЗ , R_У, R_H.

Запись идет по экспоненте, в установившемся режиме имеется погрешность установления, т.е. не доходит до U_К .

I DU_УСТ = U_КR_У || R_H/( R_У || R_H + r_ВН + R_ЗАМ) (1)

R_У || R_H/( R_У || R_H + r_ВН + R_ЗАМ) = А.

DU_ЗАП(t) = [U_К - DU_УСТ] e ^–(^t-^t0)/^tз (2), где t_З = R_У || R_H || (r_ВН + R_ЗАМ)*C »

» (r_ВН + R_ЗАМ)*C , т.к. R_У и R_H можно подобрать большими.

Вывод :

1) R_У и R_H – должны быть максимальные (из(1));

2) r_ВН и R_ЗАМ - должны быть минимальные (из(1));

3) С должны быть минимальной (из(2)); условие (А)

DU_ЗАП(t) = DU_УСТ + DU_ЗАП(t₀ + t_З)

h_ЗАП » U_К [K_Д + e ^{– (}^{t0 –}^{tз )/}^tз ]/ U_K_МАХ , где K_Д = А

Процесс хранения.

DU_ХР(t) = [U_К - DU_УСТ](1 - e ^–(^{t – (}^{t0 +}^tз))/^tхр ) ; t_ХР = R_У || R_H || (r_ВН + R_РАЗ)*C »

» R_У || R_H || R_РАЗ*C (3)

Поскольку DU_ХР(t) величина маленькая , то (3) можно заменить линейной зависимостью, только для t₀ + t_З :

DU_ХР(t) = (U_К - DU_УСТ)(- (t – (t₀ + t_З))/t_ХР (3^’)

h_ХР » U_Кt_ХР/ U_K_МАХt_{ХР .}

DU_S = DU_ЗАП(t₀ + t_З) + DU_УСТ + DU_ХР(t₀ + t_З + t_ХР)

h_S = h_ЗАП .

Из (3) следует, что R_У , R_H, r_ВН аналогичное значение, а R_РАЗ стремится к ¥ .

Для улучшения хранения, С должно быть максимальным. условие (Б) .

Условия (А) и (Б) противоречат друг другу, поэтому при реальном проектировании, задача разработчика найти оптимальное значение С. При этом необходимо выбрать элементную базу, прежде всего ключи, конденсатор, буферные ОУ. А так же назначить оптимальное значение t_З .

Исходные данные для синтеза УВХ является DU_S . Исходя из этого DU_УСТ нужно снизить, а DU_ЗАП(t₀ + t_З) и DU_ХР(t₀ + t_З + t_ХР) назначают равными .

Схема реализации УВХ .

Для обеспечения минимального r_ВН можем использовать КМОП транзистор:

Если учитывать ВАХ :

для обеспечения режима записи, необходимо, чтобы

I) U_ЗОТК ³ U_ОТК + U_ВХМАХ

режим хранения

II) U_ВХ_MIN – |U_ПОР| ³ U_ЗЗАКР

Чтобы не искать источник импульсов удовлетворяющий I и II можно использовать микросхемы стандартных ключей (561 КТ1 ; 176 КТ3 ; 590 КН2 и другие.).

Недостатки схемы : Невысокая точность записи, т.к. запись осуществляется по разомкнутому принципу, т.е. сигнал формируется последовательно.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 860; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!