Аналого-цифровой преобразователь на переключаемых конденсаторах

курсовая работа

3.2 Расчет элементов цифровой части сигма-дельта АЦП

Цифровая схема управления (рис 2.1) нужна для управления ключами, которые задают алгоритм работы сигма-дельта АЦП, а так же для своевременного снятия кода с выхода компаратора, подсчета битов и формирования двоичного 8-разрядного кода в смещенном виде.

Согласно алгоритму работы (п.2) составим таблицу истинности, которая будет отображать последовательность замыкания ключей.

Таблица 3.2.1

Номер такта

ai

A3

A2

A1

A0

S1

S2

S3

S4

S5

0(5-й)

x

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

x

0

0

0

1

1

0

0

1

0

2

x

0

0

1

0

0

0

1

0

1

3

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

4

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

где A0-A3 - независимые переменные

S1-S5 - ключи, упр. логическим уровнем (1 - замкнут,0 - разомкнут)

ai - выходной код компаратора, полученный в 2 такте

В 3-м такте выбирается одна из строк, в зависимости от ai, полученном во 2-м такте (4 такт - аналогично). После 4-го такта последовательность повторяется. Информационный бит снимается в начале 0-го(5-го) такта.

Реализовать такую таблицу истинности можно различными способами, например, с помощью 4-разрядого счетчика и программируемой логической матрицы (ПЛМ). Т.е. счетчик подсчитывает импульсы тактового генератора, и выходной код подается на ПЛМ, запрограммированную по таблице 3.2.2. Счетчик считает до 5-ти и сам себя обнуляет как показано на рис 3.2.1 через логический элемент 2И -

МС КМ555ЛИ1 (4 эл. 2И) из [5].

Рис. 3.2.1 Схема управления ключами

МС счетчика выбираем из [5]: КР1533ИЕ5 (Iпот = 13 мА)

МС ПЛМ выбираем из [4]: КР556РТ1 (Iпот = 180 мА).

ПЛМ прошивается согласно таблице 3.2.2.

Таблица 3.2.2

A15-A4

A3

A2

A1

A0

D0

D1

D2

D3

D4

D5-D7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

Чтобы реализовать выбор одной из строк в 3 и 4 такте, в зависимости от кода компаратора в конце 2-го такта, необходимо организовать дополнительный сигнал, высокий уровень которого будет возникать во время 3 и 4 такта. Т.е нужно реализовать операцию деления fтг на 4, а после подать на ЛЭ 2И: на 1 вход - fтг4, на 2 вход - ai.

Деление частоты на 4 сформируем с помощью 2-х D-триггеров, включенных по схеме T-триггеров как показано на рис.3.2.2. Триггеры выбираем из [4]: МС К555ТМ2 (2 D-триггера): Iпот = 8 мА.

Рис.3.2.2 Схема выбора строки в 3 и 4 такте

На рис.3.2.3 приведены диаграммы, поясняющие работу данной схемы.

Для снятия бита во время 5-го такта подаем на входы ЛЭ 2И -ai и Rсч.

Импульс на Rсч появляется как раз в 5 такте, во время обнуления счетчика.

Поток битов на выходе ЛЭ 2И, образованных в 5-м такте поступают и подсчитываются на 8 разрядном счетчике, собранном из 2-х 4-разрядных.

В качестве счетчиков выбираем МС К1533ИЕ5 [5].

Рис.3.2.3 Диаграммы напряжений, управляющих схемой

Итак, получаем, что выходной код АЦП на выходах счетчика формируется в 256*5 = 1280 такте ТГ. Следовательно, для сохранения кода в регистр сформируем сигнал разрешения на запись Сreg с f = fтг1280 (рис.3.2.3).

Он же выведен отдельно для внешнего устройства для сигнализации об окончании преобразования (выход W):

1- преобразование завершено

0 - идет преобразование

Сделаем это с помощью 3-х 4-разрядных счетчика и элемента 2И(рис.3.2.4).

Рис.3.2.4 Делитель частоты на 1280

128010 = 0010 1000 00002

Высокий уровень на выходе 2И записывает код в регистр (К555ИР35 из [4]:

Iпот = 27 мА) и обнуляет счетчики через цепь задержки, причем

RC = T тг (10мкс).

Задаемся значением R = 470 Ом, тогда

Выбираем R и С из справочника [1]:

R: МЛТ- 0.5 - 470 5%

C: КМ - (М75) - 50 В - 21нФ 10%

Так как все преобразования выполняются от тактового генератора, то нет необходимости строить стабильный генератор. Выбираем простой генератор прямоугольных импульсов с нестабильность частоты 30% и рассчитываем его на частоту генерации f тг = 100кГц. (рис.3.2.5).

Рис. 3.2.5 Генератор прямоугольных импульсов

Выбираем инверторы из справочника [5]: К155ЛН1 (6 инверторов)

Расчет R и C аналогичен приведенному выше.Выбираем те же значения [1]:

R: МЛТ- 0.5 - 470 5%

C: КМ - (М75) - 50 В - 21нФ 10%

Генератор соединен с остальной схемой через ключ, который замкнут при высоком уровне на управляющем входе ключа (вход Е):

1 - разрешение на преобразование

0 - преобразование запрещено

Т.к. АЦП является медленным, то для работы с быстрыми сигналами необходимо поставить на входе устройство выборки и хранения (УВХ).

Выбираем из справочника [3]: МС КР1100СК2 со следующими параметрами:

tхр = 10мкс при Схр = 1000пФ (1)

U пит = 12 В

tа зд = 100..250 нс

Uупр: р.выборки 2.4..7 В

р.хранения <1.5 В

Uсм = 5..30 мВ

Uвх < 10 В

Iпот = 6.5 мА

tуст = 0.4 - 0.8 мкс

Подсчитаем время Tхр, которое должен хранить конденсатор Cxp входное напряжение:

Tхр = Tтг x 256 x 5 = 10мкс x 256 x 5 = 12800 мкс = 12.8 мс

Следовательно из (1) требуемая емкость

Cхр = (12800мкс x 1000пФ)10 мкс = 1280000 пФ = 1.28 мкФ

Выбираем С из справочника [1]: К50 - 35 - 40 В - 1.3мкФ 10%

Uупр подается в момент обнуления 3-х счетчиков сигналом Сreg.

Делись добром ;)