РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА ТА АНАЛІЗ ЗагальнИХ принципІВ побудови
ПОРОЗРЯДНИХ ЛОГАРИФМІЧНИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Логарифмування величини, що несе iнформацiю широко використовується на даний
час при розв’язуванні задач, так як це має ряд переваг. При однаковій
роздільній здатності логарифмічні аналого-цифрові перетворювачі (ЛАЦП) мають
число розрядів приблизно в два рази менше, ніж лінійні АЦП. Проте за швидкодією
ЛАЦП значно поступаються лінійним АЦП.
Порозрядне кодування є відомим шляхом для підвищення швидкодії АЦП . Але, як
показує проведений огляд, всі відомі на даний час ЛАЦП [8], ? за винятком
запропонованих у роботах [9,10,11,12] чотирьох моделей, ? відносяться до АЦП
послідовної лічби. Це пояснюється значними труднощами реалізації порозрядного
кодування в ЛАЦП на основі RC-комірки чи p-n переходу напівпровідникових діодів
або транзисторів.
Значно ширші функціональні можливості, завдяки безпосередньому перетворенню
вхідного аналогового сигналу у число-імпульсний вихідний код, має спосіб
побудови ЛАЦП на основі комутованих конденсаторів [8] .У даному розділі
розглядаються загальні питання побудови порозрядних ЛАЦП.
2.1. Особливості реалізації ЛАЦП на комутованих конденсаторах.
ЛАЦП на комутованих конденсаторах містить як цифрові, так і аналогові вузли.
Цифрові вузли при належному виборі розрядності практично не впливають на
точність ЛАЦП і вона фактично визначається лише аналоговими вузлами:
конденсаторною коміркою, аналоговими ключами, джерелом опорної напруги,
компаратором і підсилювачем (буферним каскадом, масштабуючим перетворювачем,
схемою віднімання). Узгодження окремих аналогових вузлів між собою має значний
вплив на точність ЛАЦП . Тому одиними з найважливіших умов при фізичному
моделюванні ЛАЦП є питання забезпечення належних параметрів і узгодження
аналогових вузлів.
Особливості реалізації та узгодження окремих вузлів, які є спільними для різних
класів ЛАЦП на комутованих конденсаторах.
Попередньо зауважимо наступне:
1) при виконанні джерела опорної напруги на сучасній елементній базі з
використанням прецизійних стабілітронів похибку опорної напруги можна легко
забезпечити в межах 0,001% і тому цією похибкою в подальшому будемо нехтувати;
2) значення напруги компаратора необхідно забезпечити меншим від мінімального
кроку квантування ЛАЦП тоді її зміщенням можна нехтувати;
3) напруги зміщення компаратора і підсилювачів можна звести практично до нуля
шляхом автоматичної корекції за загально відомими простими схемними рішеннями;
4) високоякісні ключі на польових транзисторах, що виконані як інтегральні
схеми будемо використовувати як аналогові ключі.
Важливою умовою є те, що у конденсаторній комірці необхідно використовувати
високостабільні прецизійні полістиролові або фторпластові коденсатори.
Температурний коефіцієнт ємності (ткє) кращих конденсаторів не перевищує
0,003%/oС, що дозволяє забезпечити похибку від зміни ємності в нормальних
умовах меншу 0,006%.
Для того, щоб зменшити вплив вхідного струму компаратора (яким розряджається
накопичуючий конденсатор) і підвищити точності ЛАЦП між конденсаторною коміркою
і компаратором необхідно включати буферний каскад. Який виконується по схемі
повторювача напруги на операційному підсилювачі, внаслідок чого має найвищий зі
всіх можливих схем вхідний опір.
Особливо на точність ЛАЦП впливатиме напруга зміщення компаратора, бо вона
визначає мінімальне значення кроку квантування. Але при цьому слід врахувати,
що сучасні інтегральні компаратори звичайно мають напругу зміщення 13мВ, то
необхідно передбачити шляхи її зменшення. Найпростіше ця умова вирішується
шляхом побудови компаратора двокаскадним. Перший каскад компаратора виконується
на прецизійному операційному підсилювачі з малим значенням напруги зміщення,
наприклад на ОП типу К140УД17А, напруга зміщення якого не перевищує 75 мкВ. Щоб
не було суттєвого зниження швидкодії компаратора (за рахунок малої швидкості
наростання вихідної напруги прецизійного ОП), другий каскад виконується на
серійному інтегральному компараторі, наприклад К554СА3А, на перший вхід якого
подається вихідна напруга першого каскаду, а на другий вхід - порогова напруга,
значення якої вибирається набагато більшим за напругу зміщення серійного
компаратора, але не більшим 50100 мВ. В результаті двокаскадний компаратор має
напругу зміщення, що визначається операційним підсилювачем на вході, і
швидкодію лише незначно нижчу від серійного інтегрального компаратора.
При цьому доцільно використати періодичну корекцію нуля, що дозволить знизити
напругу зміщення до одиниць мікровольт.
Головна особливість джерела опорної напруги полягає в тому, що воно повинно
забезпечувати підвищену стабільність напруги. Тому його доцільно виконувати
двокаскадним: перший каскад ? параметричний стабілізатор напруги на
прецизійному стабілітроні, наприклад типу 2С483Г(Д), що забезпечує основну
похибку напруги стабілізації в межах 0,0001%, а другий ? масштабуючий
перетворювач на прецизійному операційному підсилювачі для зведення вихідної
напруги параметричного стабілізатора до рівня 10 В.
Швидкодіючий ключ, запропонований у [9], доцільно використовувати як аналоговий
ключ заряду (КЗА), яким здійснюється підключення конденсаторної комірки до
джерела опорної напруги. Такий КЗА містить операційний підсилювач і три ключові
елементи (краще застосовувати інтегральні аналогові ключі на польових
транзисторах). Особливістю КЗА є те, що на виході ОП завжди повторюється рівень
підведеної до КЗА вхідної напруги, внаслідок чого перехід КЗА від розімкнутого
стану (КЕ1 і КЕ2 ? розімкнуті) до замкнутого стану (КЕ1 і КЕ2 ? замкнуті)
відбувається практичн
- Київ+380960830922