АЦП параллельного преобразования

     Согласно  задания, основной микросхемой для  реализации АЦП должна стать  К1107ПВ1 - Быстродействующий 6-разрядный АЦП с временем преобразования до 100 нс (параллельного типа)

       Микросхема представляют собой  быстродействующую 6-разрядные АЦП  и предназначены для преобразования  входных аналоговых сигналов  с шириной спектра до 7 МГц в  диапазоне 2...0 В в один из  потенциальных кодов параллельного  считывания: в двоичный (прямой и обратный) и код с дополнением до двух (прямой и обратный). Не требуется внешней схемы выборки и хранения. Совместима с ТТЛ схемами. В состав АЦП входят делитель опорного напряжения, 64 управляемых компоратора, 65 логические схемы "И", два предварительных дешифратора 31 на 5, два управляемых буферных регистра, дешифратор 10 на 6, выходной регистр (6 схем "Исключающее ИЛИ"), 6 схем преобразования выходных уровней АЦП на уровни ТТЛ, 5 схем формирования парафазных управляюших импульсов от тактового сигнала, 2 схемы преобразования уровней сигналов управления выходным кодом и схема преобразования уровня тактового импульса. Каждый компаратор прямым входом подключен к определенному отводу низкоомного резисторного делителя опорного напряжения (общее сопротивление 67 Ом), формирующего пороговые уровни компараторов. Изменяя опорные напряжения на входах делителя можно при необходимости компенсировать погрешность преобразования в конечной точке шкалы (вывод 16) и напряжение смещения нуля на входе АЦП (вывод 9). Предусмотрена возможность компенсации погрешности нелинейности на 0,5 значения младшего разряда (16 мВ) при работе в расширенном температурном диапазоне. Для этого со средней точки делителя через резистор сделан отвод (вывод 12), который в случае необходимости корректировки нелинейности подсоединяется к выводам 19 или 9. Этот вывод может также служить общим выводом  (-1 В) для входного буферного усилителя в случае преобразования биполярного сигнала. Инвертирующие входы комараторов объеденены и образуют аналоговый вход АЦП. Работой АЦП управляет тактовый сигнал. Выборка производится (стробируются компараторы) через 10...15 нс после подачи переднего фронта тактового импульса. Кодирование производится с подачей заднего фронта тактового импульса, а результат, полученный во время кодирования на выходной регистр передается со следующим фронтом тактового импульса. Задержка выходного регистра не превышает 50 нс. Это дает возможность тем же передним фронтом производить следующую выборку, т.е. в момент времени, когда на выходе АЦП получается результат n-й выборки, на входе производится n+2 выборка. Промежуток времени с момента подачи первого тактового импульса до появления кода n-й выборки на выходе АЦП называется временем преобразования или периодом выборки Tc. Максимальная скорость преобразования определяется минимальными длительностями тактового импульса Tи и паузы между тактовыми импульсами, гарантирующими нормальную работу преобразователя, т.е. fпр=1/(Tи+Tп). Тип выходного кода задается по двум выводам "управление выходным кодом" (УВК1, УВК2). Тип выходного кода может задаваться как цифровыми сигналами с уровнями ТТЛ, так и постоянными сигналами. При этом подсоединение вывода УВК к Uп эквивалентно подаче лог. 1, а подсоединение к общей шине лог. 0. 

     

 

     Рисунок 3.1 Обозначение К1107ПВ1

     Описание  микросхемы К155АГ1 приводилось выше. 
 

     4. Разработка преобразователя  уровней 

     Согласно  задания на курсовой проект, нам  необходимо разработать  схему преобразователя  уровней между микросхемами КМДП ® ТТЛ типов.

     Основные  параметры, необходимые для построения преобразователей уровня, приведены  в таблице 4.1.

     Таблица 4.1

 
 

     Принципиальная  схема преобразователя уровня приведена  на рисунке 4.1. 

     

 

     Рисунок 4.1 Принципиальная схема преобразователя уровней 

      Схема ПУ работает следующим образом.

      Если  U_вх = U⁰_кмдп < е_об, транзистор VT находится в режиме отсечки. Поскольку к выходу ПУ подключены n ТТЛ-элементов, то через резистор R_к протекает не только ток коллекторного перехода I_{кб о} транзистора VT, но и n токов I¹_{вх ттл}. Напряжение на коллекторе транзистора VT, равное напряжению на выходе ПУ, должно быть больше уровня логической 1 ТТЛ-элементов U¹_ттл 

        

      Если  U_вх = U¹_кмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.

                                                                                                   

      Обычно  стараются создать степень насыщения  транзистора S = 1,5 ¸ 3; при больших S существенно снижается быстродействие ПУ. 
 

     5. Выбор биполярного  транзистора 

     Для использования в преобразователе  уровня выберем биполярный транзистор КТ202А.

     Параметры транзистора приведены в таблице 5.1  

     Таблица 5.1 Параметры КТ202А 

      

 

     6. Расчет схемы ПУ, подбор номиналов  резисторов 

     Значения  резисторов R_к и R_б определяются из условий двухсторонних ограничений, изложенных ниже.          

     

     где: - минимальное напряжение питания при заданном допуске;

       

     Где С_н = nС_вх + С_м, С_м = 50 пФ - монтажная емкость, С_вх. = 15 пФ входная емкость элементов, n=1. 

                                            

       

     Для нахождения суммы  и используем следующее выражение:

     

     где: Т^* - приращение температуры, при которой обратный ток I₀(Т₀) удваивается (Т^* » (8 ¸ 10)° С для германия и Т^* » (6 - 7)° С для кремния);

     Т – температура, при которой определяют ток I₀;

     I₀(Т₀) – ток I₀ при некоторой исходной температуре Т₀, который указан в таблице 5.1.

     Подставляя  значения в формулы, получаем: 

       

     Отсюда:  

       

       

     Таким образом, выбираем номинал сопротивления  резистора из стандартного ряда, отсюда R_k=2.4 мОМ. 

     Рассчитаем  значение R_Б: 

       

       

     Так как величину сопротивления R_Б рекомендовано выбирать максимальной, примем R_Б=24 мОм. 

     7. Расчет мощности, потребляемой ПУ 

     Определим мощность, потребляемую ПУ. Если U_вх = U⁰_ттл, то VT находится в режиме отсечки, и через резистор R_к протекает ток nI¹_{вх кмдп} + I_{кб о}, который будет максимальным при наибольшей заданной температуре. Поэтому мощность, которую ПУ потребляет от источника питания £ в состоянии логической 1 на выходе, равна: 

       

     Если  U_вх = U¹_ттл, то VT насыщен, и мощность, потребляемая ПУ в соответствии логического 0 на входе, с учетом (5) равна:

     

     Таким образом, мощность, потребляемая ПУ в  состоянии логической единицы, равна:

      

     

     Мощность, потребляемая в состоянии логического  нуля: 

       

     

8. Расчет  и  построение передаточной  характеристики

 

     Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью U_вых = f(U_вх).

           Значения напряжений логической единицы и нуля для  ТТЛ и КМДП указаны в таблице 4.1. Для построения передаточной характеристики необходимо зависимость U_вых от изменения температуры по следующим формулам:

     U_вых = Е – (nI¹_{вх ттл} + I_{кб о})R_к

     Где  

     При Т=25⁰С. 

     Передаточная  характеристика изображена на рисунке 8.1.