Выбор и обоснование принципиальной схемы

2.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы

В настоящее время, при разработке проектов радиоэлектронных устройств, приоритетными являются разработки, предусматривающие интегральное исполнение. Исходя из этого, предлагается схема аналого-цифрового преобразователя, обладающая в интегральном исполнении (т.е. выполненная в одном кристалле) более высокими параметрами, чем при изготовлении на дискретных элементах. Перечень элементов представлен в приложении.

Генераторы тактовых импульсов строятся на микросхеме Кр531ГГ1.

Схема сопряжения содержит операционный усилитель типа К544УД2.

В качестве АЦП возьмем микросхему К1108ПВ1А.

Преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный построим на микросхеме Hitachi MBF1250.

Однонаправленный шинный усилитель построим на микросхеме К155ЛП4.

2.2 Схема включения согласующего операционного усилителя К544УД2

Мы используем схему подключения согласующего операционного усилителя для преобразования двухполярного входного напряжения. В ней используется инвертирующий режим усиления (по отношению к U_вх) и диодная схем защиты АЦП при перегрузках. Напряжение на входе АЦП связано с входным сигналом следующим соотношением

U_IRN = - K×U_вх + (1 + K)×U_REF1

где K = R₄/(R₅ + R₆) – коэффициент передачи усилителя

U_REF1 – опорное напряжение на не инвертирующем входе ОУ

(задается делителем R1-R3)

В нашем случае для диапазона преобразования U_вх = ±2,5В выбираются К = 0,58 и опорный уровень U_REF1 = 0,905 В (при U_REF = 2,5 В). Настройка коэффициента передачи осуществляется сопротивлением резистора R5, после чего резистором R2 устанавливается нуль на середину передаточной характеристики АЦП.

При U_вх =2,5В на АЦП появляется выходной код 00..00, а при U_вх=-2,5В – код 11..11.

Таким образом, на выходе преобразователя получаем обратный смещенный двоичный код.

Схема защиты входа АЦП от перегрузок работает следующим образом. Диоды VD1 и VD2, включенные параллельно резистору обратной связи R4, образуют двухсторонний ограничитель. Диод VD4 и стабилитрон VD3, смещенные постоянным током от источников 15 и –15В, задают уровни ограничения в отрицательной и положительной областях (относительно U_REF1).

Диод VD5 обеспечивает защиту входа АЦП в случае отключения источников питания ОУ или выхода его из строя.

Данная схема включения согласующего ОУ универсальна и позволяет использовать АЦП К1108ПВ1А в режиме максимального быстродействия. При работе БИС АЦП с быстродействующим ОУ типа К544УД2, тщательном монтаже и оптимальной схеме коррекции ОУ время установления процессов в согласующей схеме на уровне 0,1% не превышает 1 мкс.

Рис.2. Схема включения согласующего ОУ

В данной схеме используются следующие элементы:

VD1, VD2, VD4, VD5 – диоды типа КД520А

VD3 – стабилитрон типа КС133А

А – операционный усилитель типа К574УД1

Операционный усилитель типа К574УД1 имеет следующие характеристики

U_cc = ±15 В; U_вых ³ 10 мВ; I_вх £ 0,5 нА; I_потр £ 10 мА

Потребляемая мощность составляет

P_потр = 150 мВт

2.3 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Мы используем микросхему быстродействующего функционально законченного АЦП последовательного приближения К1108ПВ1А предназначенную для преобразования аналогового сигнала в двоичный параллельный цифровой код.

Микросхема расчитана на преобразование однополярного входного напряжения в диапазоне от 0 до 3 В, при максимальной частоте преобразования 1,33 МГц для восьмиразрядного режима.

Для работы АЦП К1108ПВ1А требуется несколько внешних керамических конденсаторов и источники напряжения U_cc1 = 5 В ± 5% и U_cc2 = -5,2 В±5%. Мощность потребляемая от источников питания, не превышает 0,85 Вт. Конденсатор С5 необходим для частотной коррекции ОУ и фильтрации помех.

Для работы в восьмиразрядном режиме вход SE10/8 соединяется с шиной отрицательного источника питания U_cc2 .

Цикл преобразования в режиме восьмиразрядного АЦП состоит из 10 тактов (восемь рабочих в процессе кодирования и по одному служебному в начале и конце цикла преобразования).

Цикл начинается с первым отрицательным фронтом тактового импульса после поступления команды ST. Во время первого служебного такта осуществляется сброс регистров и установление напряжения на входе селектора опорных уровней.

В течение следующих восьми тактов происходит кодирование аналогового сигнала при условии, что он зафиксирован на входе АЦП.

На десятом такте код из регистра хранения переписывается в выходной регистр, после чего формируется сигнал готовности данных. Появление на выходе RAD сигнала логический 0 свидетельствует о смене информации в выходном регистре и ее хранении весь следующий цикл преобразования.

Для считывания информации необходимо подать на вход ERD сигнал логический 0.

Запуск АЦП считается устойчивым, если сигнал ST подается в течение одного периода тактовой частоты с момента начала очередного цикла (t = 1мкс).

К ТТЛ ЦИС микросхема К1108ПВ1А подключается без дополнительных устройств сопряжения.

Рис.3. ИС К1108ПВ1А

Назначение выводов ИС

1. Цифровой выход CP

2. Цифровой выход

3. Цифровой выход

4. Цифровой выход

5. Цифровой выход

6. Цифровой выход

7. Цифровой выход

8. Цифровой выход

9. Цифровой выход

10. Цифровой выход MP

11. Готовность данных RAD

12. Напряжение питания U_cc2

13. Укороченный цикл SE10/8

14. Общий (цифровая земля)

15. Напряжение питания U_cc2

16. Коррекция СУ EC₁

17. Аналоговый вход U_IRN

18. Внешний ИОН U_REF

19. Коррекция ОУ ИОН FC₂

20. Общий (аналоговая земля)

21. Напряжение питания U_cc1

22. Запуск ST

23. Тактовый вход CLK

24.  Разрешение считывания ERD

Микросхема К1108ПВ1А имеет следующие характеристики

( U_cc1 = 5,25 В; U_cc1 = -5,25 В; U¹_вых ³ 2,4 В; U⁰_вых £ 0,4 В; I_{потр сс1} £ 50 мА;

I_{потр сс2} £ 130 мА; I⁰_вх £ 2,5 мА; I¹_вх £ 0,4 мА; I⁰_вых ³ 3,2 мА; I¹_вых ³ 0,1 мА; t_здр £ 60 нс )

Потребляемая мощность микросхемы К1108ПВ1А равна:

P_потр £ 850 мВт