Увх: Устройства выборки – хранения

Устройства выборки – хранения

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РЭС

Реферат на тему:

«Устройства выборки – хранения. Устройства на переключаемых конденсаторах. Линейные стабилизаторы напряжения»

Устройства выборки — хранения

При сборе информации и ее последующем преобразовании часто бывает необходимо зафиксировать значение аналогового сигнала в некоторый момент времени. Некоторые типы аналогово-цифровых преобразователей, например, последовательного приближения, могут давать совершенно непредсказуемые ошибки, если их входной сигнал не зафиксирован во время преобразования. При смене входного кода цифро-аналоговых преобразователей из-за неодновременности установления разрядов наблюдаются выбросы выходного напряжения. Для устранения этого явления на время установления также следует зафиксировать выходной сигнал ЦАП. Устройства выборки — хранения (УВХ) (слежения — хранения), выполняющие эту функцию, должны на интервале времени выборки (слежения) повторять на выходе входной аналоговый сигнал, а при переключении режима на хранение сохранять последнее значение выходного напряжения до поступления сигнала выборки. Схема простейшего УВХ приведена на рис. 1а.

Рис. 1. Устройство выборки — хранения

Когда ключ S замкнут, выходное напряжение схемы повторяет входное, т.е. U>вых> = U>вх> (рис. 1б). При размыкании ключа Uвых сохраняет свое значение, последнее перед размыканием. Выходной повторитель на ОУ препятствует разряду конденсатора хранения С>хр> на нагрузку схемы. Входное сопротивление повторителя должно быть как можно больше, поэтому обычно применяют ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Простейшая схема УВХ имеет ряд недостатков:

    При замкнутом ключе источник входного сигнала имеет значительную емкостную нагрузку. Если источником является ОУ, это обычно приводит к его самовозбуждению.

    ОУ с полевыми транзисторами на входе, применяемые в качестве буферных повторителей, имеют значительное смещение нуля.

Эти недостатки во многом устранены в ИМС устройства выборки — хранения LF398 (отечественный аналог — 1100СК2), которая в течение многих лет была по существу промышленным стандартом. Функциональная схема этой ИМС приведена на рис. 2. Здесь схема имеет общую отрицательную обратную связь, охватывающую всю схему — с выхода усилителя ОУ>2> на вход усилителя ОУ>1>.

Рис. 2. Функциональная схема УВХ 1100СК2

Когда коммутатор находится в замкнутом состоянии, потенциал выхода операционного усилителя ОУ>1> вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что Uвых отличается от U>вх> на величину напряжения смещения ОУ>1>. При этом смещение, возникающее из-за наличия коммутатора и ОУ>2>, сводится к нулю. Диоды в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (<= 20мВ). При размыкании коммутатора управляющим сигналом выходное напряжение остается неизменным. Резистор R

>1> и диоды предотвращают насыщение ОУ>1>, которое могло бы возникнуть из-за размыкания общей отрицательной обратной связи в этом режиме. Это снижает время переходного процесса при замыкании коммутатора. Усилитель ОУ>1> обеспечивает высокое входное сопротивление УВХ. Он выполнен по схеме с биполярными транзисторами на входе, что легко позволяет получить смещение нуля схемы в пределах 5 мВ. Резистор R2 ограничивает ток заряда конденсатора хранения.

Основные характеристики УВХ:

Точностные характеристики

    Напряжение смещения нуля U>см>, определяемое практически смещением нуля ОУ>1>.

    Дрейф фиксируемого напряжения при заданной емкости С

    >хр>

U>вых> /  t= I>р> / С>хр>,

где I> — ток разряда конденсатора. Он складывается из токов утечки конденсатора и коммутатора, а также из входного тока усилителя ОУ>2>.

При заданном токе утечки величину дрейфа можно уменьшить путем увеличения емкости конденсатора С>хр>. Однако это ухудшает динамические характеристики схемы.

Динамические характеристики

    Время выборки tв определяет, как долго при самых неблагоприятных условиях длится процесс заряда конденсатора хранения до величины входного напряжения с заданным уровнем допуска. Это время пропорционально емкости С>хр>. Перевод УВХ в режим хранения до окончания интервала выборки чреват значительными ошибками.

    Апертурная задержка t

    >. Это период между моментом снятия управляющего напряжения и фактическим запиранием последовательного коммутатора.

В табл. 1 приведены основные характеристики некоторых типов УВХ, выпускаемых промышленностью.

Таблица 1

Тип УВХ

Uсм, мВ

Дрейф В/с

Время выборки мкс

Апертурная задержка, нс

Uпит,В

Iпотр, мА

Примечания

1100СК2

5

0,21

0,41,2

100

+/-15

4,5

Промышленный стандарт

SHC5320

1,5

0,51

1,51,3

25

+/-15

 

АD9101

10

180004

7 нс

0,25

+5; -5,2

70

Сверхбыстродействующее УВХ

АD781

3

0,014

0,63

35

+/-12

4

 

АD684

4

14

13

35

+/-12

25

Счетверенное

Примечания:

    — Схр =1000 пФ;

    — до точности 0,1%;

    — до точности 0,01%;

    — встроенный конденсатор хранения

Устройства на переключаемых конденсаторах

В последнее время наблюдается исключительно быстрый рост производства и применения МОП-структур, имеющих много преимуществ перед биполярными схемами. У МОП-структур большой входной импеданс, и они управляются напряжением (в отличие от биполярных схем, управляемых по существу током). Комплементарные МОП-структуры практически не потребляют мощности в статическом режиме. Технология МОП-структур обеспечивает большую плотность упаковки, чем биполярных. Наконец, эта технология позволяет простым способом реализовать в ИМС конденсаторы относительно большой емкости. Такие МОП-конденсаторы в сочетании с МОП-ключами позволяют заменить резисторы в некоторых типах ИМС и построить аналоговые вычислительные схемы со значительно лучшими точностными и эксплуатационными характеристиками. Замена резисторов конденсаторами, в частности, позволяет повысить точность аналоговых и аналого-цифровых устройств и уменьшить количество внешних элементов, подключаемых к микросхеме. В табл. 2 представлены сравнительные характеристики интегральных резисторов и МОП-конденсаторов.

Таблица 2

Элемент

Технология изготовления

Точность изготовления,%

Температурный коэффициент 10-6К-1

Коэффициент влияния напряжения 10-6

В-1

Резистор

Ионная имплантация с шириной 40 мкм

+/-0,12

400

800

Конденсатор

МОП с толщиной диэлектрика 0,1 мкм

+/-0,06

26

10

Высокая точность изготовления интегральных МОП-конденсаторов и их стабильность способствовали тому, что в последние годы получили развитие способы обработки сигналов, использующие явление дискретного переноса зарядов. Один из путей реализации этих способов состоит в применении схем с переключаемыми конденсаторами.

Рассмотрим реализацию аналогового интегратора с применением переключаемого конденсатора. На рис. 3а приведена схема обычного аналогового интегратора.

Передаточная функция этой схемы имеет вид

, (1)

а частотная характеристика

, (2)

Рис. 3. Схемы интеграторов: а) — на RC-цепи, б) — с коммутируемым конденсатором

На рис. 3 б показан интегратор, в котором резистор R1 имитируется с помощью схемы с переключаемым конденсатором. Этот интегратор работает следующим образом. Коммутатор периодически переключается из положения 1 в положение 2 и обратно с периодом Т. В момент nT конденсатор С>1> заряжается до напряжения u>вх>(nT), поэтому накопленный на нем заряд составляет С>1>u>вх>(nT). После переключения коммутатора из положения 1 в положение 2 в момент nТ+Т/2 конденсатор С>1> разряжается на вход ОУ с конденсатором С

>2> в обратной связи. Поскольку входное дифференциальное напряжение и входные токи идеального ОУ равны нулю, конденсатор С>1> разрядится полностью и его заряд суммируется с зарядом, накопленным на конденсаторе С>2>. В результате в момент (n+1)Т справедливо следующее уравнение зарядов:

С>2>u>вых>[(n+1)T] = С>2>u>вых>(nT) — С>1>u>вх>(nT). (3)

Здесь знак «-» обусловлен отрицательной обратной связью. Применив к обеим частям уравнения (3) z-преобразование, получим уравнение

>2>U>вых>(z) = С>2>U>вых>(z) — С>1>U>вх>(z). (4)

Определенная из этого уравнения передаточная функция имеет вид

, (5)

Представляет интерес сравнение свойств интеграторов, показанных на рис. 3. Перейдем к частотным харктеристикам, подставив в (5) z=exp(jT). Получим

, (6)

При T стремящемся к 0 выражение в скобках в знаменателе правой части уравнения (6) неограниченно приближается к jT. Таким образом, для частот входного сигнала, низких относительно частоты переключения коммутатора f=1/T, можно приближенно записать

, (7)

Сравнивая выражения (2) и (7), находим, что в схеме на рис. 3 б коммутируемый конденсатор имитирует входной резистор схемы на рис 3 а, с сопротивлением, равным T/С>1>. Поэтому, увеличивая частоту переключения коммутатора, мы уменьшаем эквивалентную постоянную времени интегрирования интегратора.

Применение интеграторов с переключаемыми конденсаторами в ИМС фильтров вместо обычных интеграторов дает два существенных преимущества. Во-первых, коэффициент передачи интегратора зависит только от отношения двух конденсаторов, а не от их абсолютных величин. Вообще говоря, можно достаточно просто создать на кремниевой подложке ИМС пару любых однотипных согласованных элементов, в то время как получение разнотипных элементов (резистора и конденсатора) с точными значениями и высокой стабильностью весьма затруднительно (различия температурных коэффициентов сопротивления (ТКС) и емкости (ТКЕ) могут быть значительными!). Поэтому ИМС фильтров на переключаемых конденсаторах значительно дешевле. Например, фильтр нижних частот 8-го порядка на ИМС МАХ291 (переключаемые конденсаторы) стоит почти в 5 раз дешевле аналогичного фильтра на двух ИМС MAX270 (RC-интеграторы).

Второе преимущество фильтров на переключаемых конденсаторах состоит в возможности настройки их характеристической частоты (т.е. центральной частоты полосового фильтра или точки -3 дБ фильтра нижних частот) изменением только тактовой частоты. Это объясняется тем, что характеристическая частота фильтра, построенного на основе метода переменных состояния, пропорциональна коэффициенту передачи интегратора (или, что то же, обратнопропорциональна постоянной времени интегрирования). Это позволяет выпускать фильтры 8-го порядка в корпусе с восемью выводами без внешних времязадающих элементов (например, MAX291), в то время как ИМС фильтров с RC-интеграторами имеют значительно больше выводов и требуют подключения значительного количества точных резисторов (например, микросхема МАХ274 имеет 24 вывода; ее типовая схема включения содержит 15 внешних резисторов).

Теперь о недостатках фильтров на переключаемых конденсаторах. Такие фильтры имеют два неприятных свойства, которые обусловлены присутствием периодического тактового сигнала. Первое, это сквозное прохождение сигнала тактовой частоты, а именно наличие некоторого выходного сигнала (с напряжением приблизительно от 10 до 25 мВ) с частотой тактового колебания, напряжение которого не зависит от прикладываемого входного сигнала. Чаще всего это не имеет существенного значения, поскольку этот сигнал значительно удален от полосы, занимаемой обрабатываемым сигналом (обычно разработчики ИМС задают частоту коммутации в 100 раз (реже в 50 раз) больше характеристической частоты фильтров). Если же такое сквозное прохождение тактового сигнала нежелательно, то для его подавления обычно используют простой ФНЧ первого или второго порядка. В состав ИМС фильтров на переключаемых конденсаторах обычно включают неинвертирующий повторитель, на котором может быть построен такой фильтр.

Вторая проблема более тонкого свойства связана с наложением спектров. Любые компоненты входного сигнала, которые отстоят по частоте от частоты тактового сигнала на величину, соответствующую частотам полосы пропускания, не будут подавлены. Например, при использовании ИМС MAX291 в качестве ФНЧ с частотой среза 1 кГц (при тактовой частоте в 100 кГц) все спектральные компоненты входного сигнала в диапазоне от 99 до 101 кГц будут преобразованы в полосу частот от постоянного тока до частоты 1 кГц. Поэтому в случае, если в спектре входного сигнала есть заметные компоненты частот, близких к тактовой частоте, перед входом фильтра следует включить простой предварительный фильтр нижних частот.

Линейные стабилизаторы напряжения

Почти любая электронная схема — от простых схем на транзисторах и операционных усилителях и до сложнейших цифровых и микропроцессорных систем — требует для своей работы одного или нескольких стабильных источников постоянного тока. Простые нерегулируемые источники питания типа «трансформатор — неуправляемый выпрямитель — фильтр нижних частот» во многих случаях не годятся, так как их выходное напряжение зависит от тока нагрузки и напряжения в сети. К счастью, легко построить источник стабильного питания, используя отрицательную обратную связь и сравнивая выходное напряжение с некоторым постоянным эталонным (опорным) напряжением. Такие стабилизированные источники питания универсальны и могут быть изготовлены в виде интегральных микросхем стабилизаторов напряжения.

Как правило, регулирующим элементом ИМС стабилизаторов напряжения является биполярный либо полевой транзистор. Если этот транзистор работает в активном режиме, то стабилизатор называют линейным (непрерывным), а если регулирующий транзистор работает в ключевом режиме — импульсным.

Схемотехника линейных стабилизаторов напряжения

Микросхемы источников питания относятся к так называемым интеллектуальным силовым приборам, то-есть к таким, у которых на кристалле помимо силовых транзисторов расположена более или менее сложная схема управления ими. Принципиальная трудность создания таких приборов заключается в том, что силовые транзисторы рассеивают значительную энергию, вызывая тем самым нагрев кристалла с существенным градиентом температур. Это резко ухудшает стабильность узлов схемы управления, таких как источник опорного напряжения и дифференциальный каскад усилителя ошибки.

Монолитный линейный интегральный стабилизатор напряжения был впервые разработан Р. Видларом (США) в 1967 году. Эта микросхема (А723) содержит регулирующий транзистор, включаемый последовательно между источником нестабилизированного напряжения и нагрузкой, усилитель ошибки и термокомпенсированный источник опорного напряжения. Схема оказалась настолько удачной, что в начале 70-х годов выпуск ее доходил до 2 млн. штук в месяц! По массовости применения среди аналоговых ИМС линейные интегральные стабилизаторы напряжения стоят на втором месте после операционных усилителей.

Литература

    Лидовский В.И. Теория информации. — М., «Высшая школа», 2002 г. – 120 с.

    Метрология и радиоизмерения в телекоммуникационных системах. Учебник для ВУЗов. / В.И. Нефедов, В.И. Халкин, Е.В. Федоров и др. – М.: Высшая школа, 2001 г. – 383 с.

    Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. -. – М.: Энергоатом издат, 2005. – 440 с.

    Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. М: Радио и связь, 2001 г. –368 с.

    Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 г. – 1104 с.



СВЯЗЬ МП-РА И ОМЭВМ С АНАЛОГОВЫМ ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ И С ПК — Студопедия.Нет

 

10.1 Структура типичной локальной микропроцессорной системы управления (ЛМПСУ)

 

Рассмотрим пример типичной локальной микропроцессорной системы управления (ЛМПСУ), структурная схема которой приведена на рисунке 10.1.

 

Рисунок 10.1

 

ЛМПСУ управляет определённым объектом управления (агрегатом) по нескольким параметрам, например, температура, давление, угол поворота, перемещение и др. Система названа локальной, т.к. управление вырабатывается и осуществляется на нижнем (локальном) уровне сложной иерархической системы управления, включающей множество различных агрегатов (объектов управления). Основным элементом ЛМПСУ является однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) называемая ведомой, т.к. предполагается, что в сложной системе имеется множество подобных ведомых ОМЭВМ, управляющих отдельными агрегатами на локальном уровне. На более высоком уровне иерархии системы управления может находиться ведущая ОМЭВМ, которая на основе информации о состоянии отдельных агрегатов вырабатывает требуемые значения заданных управляющих воздействий для ведомых ОМЭВМ. Ведущая и ведомая ОМЭВМ могут быть связаны между собой, например, общим моноканалом.

ЛМПСУ поддерживает каждый из контролируемых параметров на заданном уровне. Информация о текущем значении параметров контроля снимается с датчиков (Д1…Д3) и проходит через нормирующие преобразователи (НП1…НП3), которые преобразуют диапазон изменения электрических сигналов, снимаемых с датчиков, к диапазону, который соответствует выбранному аналогово-цифровому преобразователю (АЦП). Так как информационные сигналы в большинстве систем управления – низкочастотные, то для подавления высокочастотных помех используются фильтры нижних частот (ФНЧ). Аналоговый мультиплексор поочерёдно подключает к АЦП один из нескольких аналоговых электрических сигналов, отображающих текущие значения контролируемых параметров. В случае, если за время преобразования АЦП, изменение выходного сигнала соответствует изменению выходного двоичного кода больше, чем на единицу младшего значащего разряда (МЗР), то для уменьшения появляющейся при этом так называемой “апертурной” погрешности, в систему включают устройство выборки-хранения (УВХ). УВХ запоминают мгновенные значения входных аналоговых сигналов в момент выборки и поддерживают их постоянными на входе АЦП в течение времени преобразования последнего. С выхода АЦП информация в параллельном двоичном коде поступает в ведомую ОМЭВМ, которая сравнивает текущее значение контролируемого параметра с заданным значением и вырабатывает управляющее воздействие в соответствии с сигналом рассогласования и выбранным законом управления (П, ПИ, ПИД и др.). Сигналы управления, снимаемые с выхода одного из параллельных портов ОМЭВМ, запоминаются во внешних регистрах РГ1…РГ3. Для повышения нагрузочной способности выходов ОМЭВМ, в системе использован шинный формирователь (ШФ). Выходы РГ1…РГ3 через схемы согласования уровней ССУ1…ССУ3 связаны со входами цифро-аналоговых преобразователей ЦАП1…ЦАП3, формирующих аналоговые управляющие воздействия, направленные на устранение сигнала рассогласования и отрабатываемые аналоговыми исполнительными элементами (АИЭ1…АИЭ3). ССУ1…ССУ3 необходимы в тех случаях, когда уровни логических сигналов, снимаемых с выходов регистров, не соответствуют требуемым уровням сигналов на входе ЦАП. В качестве ССУ, как правило, используют логические элементы с открытым коллектором.

В общем случае, ЛМПСУ кроме аналоговых датчиков и исполнительных элементов могут содержать цифровые датчики и дискретные исполнительные элементы (рисунок 10.1).

10.1.1 Назначение и схемная реализация отдельных узлов ЛМПСУ

10.1.1.1 Аналоговый мультиплексор (АМПС)

АМПС используется для поочередной передачи текущего значения одного из трех аналоговых контролируемых параметров на вход УВХ и АЦП. Для этого может быть, например, использована микросхема К561КП1.

На рисунке 10.2 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется, каким образом АМПС связан с другими частями ЛМПСУ. Рассматриваемое устройство относится к классу мультиплексоров-селекторов (мультиплексоров-демультиплексоров). Микросхема содержит два мультиплексора-селектора. В нашем примере использована половина микросхемы в качестве мультиплексора. В зависимости от значений адресных сигналов, поступающих от ОМЭВМ на входы V1, V2, в мультиплексоре образуется сквозной низкоомный канал между выходом Fa и одним из входов A1, A2, A3, на которые подаются информационные сигналы от ФНЧ. С выхода Fa выбранный сигнал поступает на вход УВХ.

 

Рисунок 10.2

 

10.1.1.2 Устройство выборки-хранения (УВХ)

УВХ предназначено для запоминания мгновенного значения входного аналогового сигнала в момент выборки и поддержания этого значения на постоянном уровне в течении времени преобразования информации в АЦП. Подобное устройство необходимо применять в тех случаях, когда за время преобразования информации в АЦП изменение его входного аналогового сигнала эквивалентно дискретному изменению выходного сигнала больше, чем на единицу младшего значащего разряда (МЗР). В качестве УВХ может быть, например, использована микросхема К1100СК2. На рисунке 10.3 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется, каким образом УВХ связано с другими частями ЛМПСУ. Длительность импульса записи информации в УВХ (импульса выборки) tзап (tв) при значении емкости хранения Схр=1нФ равно 5 мкс.

Рисунок 10.3

 

10.1.1.3 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

АЦП выполняет преобразование аналогового напряжения в 8-разрядный параллельный двоичный код, который вводится в ОМЭВМ.

 

Рисунок 10.4

 

В качестве АЦП может быть использована, например, микросхема К1113ПВ1. На рисунке 10.4 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется каким образом АЦП связан с другими частями ЛМПСУ. Особенности взаимодействия АЦП и ОМЭВМ поясняет временная диаграмма работы АЦП (рисунок 10.5). Запуск АЦП производится переключением сигнала на входе START(СТАРТ) из логической единицы в нуль. В течении времени преобразования на выходе READY (ГОТОВНОСТЬ) присутствует логическая единица, а шина данных находится в третьем (высокоимпедансном) состоянии.

 

Рисунок 10.5

 

По окончании преобразования выходные сигналы на выводах данных D0..D9 переходят в активное состояние, а сигнал на выходе READY переключается из 1 в 0. Получив сигнал готовности, ОМЭВМ считывает (вводит) данные от АЦП и переводит сигнал на входе START в состояние 1 на время не менее 2 мкс. Этим осуществляется “сброс” АЦП, после которого может производится следующий “запуск” АЦП и т.д.

10.1.1.4 Ведомая однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ)

Ведомая ОМЭВМ вводит информацию о текущем состоянии объекта управления, производит сравнение этого состояния с заданным, вырабатывает сигналы рассогласования, реализует требуемые законы управления и выдает управляющие воздействия на исполнительные элементы. В качестве ведомой ОМЭВМ может быть использована, например, микросхема К1816ВЕ751. На рисунке 10.6 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется каким образом она связана с другими частями ЛМПСУ. С помощью цепочки С1, R1 производится автоматический “сброс” ОМЭВМ при включении напряжения питания.

 

Рисунок 10.6

 

10.1.1.5 Шинный формирователь (ШФ)

ШФ применяется для повышения нагрузочной способности выводов ОМЭВМ, которая для порта Р0 равна двум входам цифрового элемента типа ТТЛ. Поскольку выводы порта Р0 подключены к информационным входам трех регистров, то для усиления сигналов используется шинный формирователь. В качестве ШФ может быть, например, выбрана микросхема КР1533АП6. На рисунке 10.7 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется, каким образом ШФ связан с другими частями ЛМПСУ.

 

Рисунок 10.7

 

10.1.1.6 Регистры (Рг1…Рг3)

Параллельные регистры Рг1…Рг3 предназначены для запоминания значений управляющих воздействий по каждому из трех каналов. Эти воздействия выдаются из ОМЭВМ в параллельном двоичном коде и сопровождаются стробирующим сигналом, который записывает сформированное управляющее воздействие в требуемый регистр. Содержимое регистров остается неизменным до новой записи, которая инициируется подачей на соответствующий вход регистра стробирующего импульса.

В качестве регистров может быть использована, например, микросхема КР1533ИР23. На рисунке 10.8 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется, каким образом регистры связаны с другими частями ЛМПСУ.

 

Рисунок 10.8

 

10.1.1.7 Схемы согласования уровней (ССУ1…ССУ3)

ССУ1…ССУ3 необходимо применять в тех случаях, когда уровни напряжений логической единицы, появляющихся на выходах регистров и ограниченных значением источника питания +5В, не соответствуют диапазону входных напряжений логической единицы ЦАП, если последний питается, например, напряжением +15В. ССУ не осуществляют никаких логических преобразований и содержат выходы с открытым коллектором, которые через внешние коллекторные резисторы подключаются к напряжению питания, значение которого определяется требуемыми величинами уровней входных напряжений логической единицы ЦАП.

В качестве ССУ может быть, например, использована микросхема К555ЛН4. На рисунке 10.9 приведено обозначение этой микросхемы на электрических схемах и поясняется, каким образом ССУ связаны с другими частями ЛМПСУ.

Подобных микросхем в рассматриваемом примере (рисунок 10.1) требуется четыре, так как одна микросхема включает шесть повторителей с открытым коллектором, а общее количество логических сигналов, требующих преобразования уровней, равно 3х8 = 24.

 

Рисунок 10.9

 

10.1.1.8 Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП1…ЦАП3)

ЦАП1…ЦАП3 осуществяют преобразование цифровых управляющих сигналов, формируемых ОМЭВМ, в аналоговые управляющие воздействия, отрабатываемые аналоговыми исполнительными элементами (АИЭ1…АИЭ3).

В качестве ЦАП может быть, например, использована микросхема К572ПА1, схема включения которой показана на рисунке 10.10. Коэффициент передачи этого ЦАП: Кпер=10мВ/мзр, диапазон изменения выходного аналогового напряжения при 8-разрядном входном двоичном сигнале, подаваемом на входы D0…D7 ЦАП, составляет: Uвых.ан=0 … 2,55 В.

 

Рисунок 10.10

 

10.2 Применение АЦП и УВХ при вводе аналоговой информации в МПС

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) представляют собой устройства, которые преобразуют входные аналоговые сигналы в соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЦВМ и другими цифровыми устройствами. АЦП широко применяются в устройствах дискретной автоматики, цифровых системах управления для преобразования аналоговых сигналов от датчиков в цифровую форму, в системах отображения информации для цифровой индикации, в системах передачи данных и многих других областях техники.

Различные по физической природе сигналы, снимаемые с датчиков и характеризующие контролируемый процесс, сначала преобразуются в электрический сигнал, а затем уже с помощью преобразователей “напряжение-код” в цифровые. На входе АЦП, как правило, присутствует постоянное или медленно изменяющееся напряжение, а с выхода снимаются данные в параллельном двоичном коде.

Методы построения АЦП делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Классификация типов АЦП и основные принципы их построения приведены в [24, 25, 36].

Различным методам построения АЦП соответствуют устройства, различающиеся по точности, быстродействию, помехозащищенности, сложности реализации и т.д. Одним из наиболее распространенных является метод последовательного приближения, применяемый в АЦП, ориентированных на использование в микропроцессорных системах (МПС), например, К1113 ПВ1; К572 ПВ3 [24, 25]. На рисунке 10.11 приведена упрощенная структурная схема АЦП последовательного приближения.

 

Рисунок 10.11

АЦП содержит регистр последовательного приближения (РПП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), аналоговый компаратор (АК) и генератор тактовых импульсов (ГТИ). После поступления импульса ПУСК на выходе старшего (n-1)-го разряда регистра последовательного приближения (РПП) появляется напряжение логической 1, а на остальных его выходах – логические нули. На выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) формируется напряжение Uцап»0,5*Uвхмах, которое на входах аналогового компаратора сравнивается со входным аналоговым напряжением Uвх. Аналоговый компаратор включает собственно аналоговый компаратор (САК) на микросхеме операционного усилителя (ИМС ОУ), схему формирования уровней (СФУ), которая преобразует разнополярные импульсы в цифровой сигнал, и инвертор. Если входное напряжение Uвх больше напряжения, снимаемого с выхода ЦАП, то на выходе САК появляется отрицательный импульс. СФУ преобразует его в нулевой цифровой сигнал. При этом с выхода инвертора АК снимается логическая единица, которая подается на вход D РПП. При поступлении на вход С РПП импульса от ГТИ сохраняется логическая 1 в старшем (n-1)-ом разряде и появляется 1 в (n-2) разряде. Если Uвх<Uцап, то с выхода АК снимается логический 0. Импульсом на синхровходе содержимое старшего (n-1) разряда РПП обнуляется, а в (n-2)-й записывается единица. Если после первого сравнения на выходах двух старших разрядов РПП содержатся две единицы (при первом сравнении Uвх>Uцап), то выходной сигнал ЦАП: Uцап»(0,5+0,25)Uвх.мах. На компараторе Uвх вновь сравнивается с этим напряжением и т.д. Так устанавливаются все разряды на выходе РПП до самого младшего. После выполнения последнего Nр-го сравнения, где Np – число разрядов выходного кода АЦП, цикл формирования выходного кода заканчивается. Состояние выходов РПП соответствует цифровому эквиваленту входного напряжения. Если, например, Uвх=Uвх. max, то комбинация выходного кода равна 111…11 (все единицы). В рассматриваемом АЦП время преобразования постоянно и определяется числом разрядов Np выходного двоичного кода и тактовой частотой fгти=1/Tгти; tпрб»Np*Tгти. Рассмотренные АЦП обладают достаточно высоким быстродействием при относительно простой структуре, поэтому находят широкое применение.

 

10.2.1 Расчет АЦП

В АЦП осуществляется квантование (дискретизация) по уровню и времени (рисунок 10.12).

 

Рисунок 10.12

 

На вход преобразователя поступает аналоговое напряжение Uвх, которое преобразуется в дискретную величину, определяемую в фиксированные моменты времени ближайшим к непрерывной величине уровнем квантования.

На выходе АЦП каждому дискретному значению соответствует комбинация двоичного кода, число разрядов которого обозначим буквой Np. Величина Np зависит от числа дискретных значений Nд на выходе АЦП, включая нулевое. Выбор Np производится в соответствии с соотношением:

(10.1)

 

Число дискретных значений (уровней квантования) зависит от погрешности квантования по уровню.

Абсолютная погрешность квантования по уровню:

(10.2)

 

где DU – величина шага квантования по уровню, равная

 

(10.3)

 

Из приведенного соотношения следует, что максимальная абсолютная погрешность равна половине шага квантования по уровню. Относительная погрешность квантования по уровню:

 

.(10.4)

 

В приведенной формуле из Nд вычитается единица, т.к. одним из дискретных значений является нулевое. Отсюда требуемое число дискретных значений, которое отражает нашу непрерывную функцию с заданной точностью определяется из выражения:

 

(10.5)

 

Например, при d отн £0,2% Nд должно быть не менее 251. Принимая Nд=256 определяем, что число разрядов Np в этом случае должно быть равно 8 (28=256). Если входная непрерывная величина изменяется, например, в диапазоне от 0 до 2,55 В, то величина шага квантования по уровню при Nд=256 равна DU=10 мВ; dабс. £5 мВ; dотн. £ 50/255 < 0,2%.

При проектировании АЦП важное значение имеет выбор величины шага квантования по времени Dt=Т. Значение Т определяет требуемое быстродействие АЦП и тракта обработки информации.

По теореме Котельникова значения Dt=T должно удовлетворять выражению:

 

,(10.6)

 

где fмах — частота высшей гармоники спектра входного сигнала АЦП.

Физически это выражение следует трактовать следующим образом: на один период максимальной гармоники входного аналогового сигнала необходимо взять не менее двух отсчетов при переходе к дискретной величине.

10.2.2 АЦП К1113 ПВ1

10.2.2.1 Описание микросхемы К1113 ПВ1

Микросхема К1113 ПВ1 (рисунок 10.13) представляет собой функционально-законченный АЦП последовательного приближения с временем преобразования £30 мкс, рассчитанный на входные напряжения (0…10,23)В (униполярный сигнал) или (-5,12 …+5,11)В (биполярный сигнал).

Переключение диапазонов входных напряжений производится по входу LZ. Если LZ=0, то преобразуются униполярные входные сигналы от 0 до 10,23В, если же LZ=1, то преобразователь работает в двухполярном режиме (Uвх = [-5,12…+5,11] В). Коэффициент передачи АЦП Кпер= .

Если использовать не все десять разрядов выходного двоичного кода рассматриваемого АЦП, то существует несколько вариантов его подключения. Например, если Np = 8, то можно подключить восемь выходов АЦП, соответствующих младшим разрядам. Остальные два разряда не подключаются. В этом случае коэффициент передачи Кпер= , а Uвх.max=10∙255=2550мВ=2,55В. Если использовать восемь выходов АЦП, соответствующих старшим разрядам, то Кпер= , а Uвх.max=40∙255=10,2В.

Если Np=7, и выходной ДК снимается с семи старших выходов, то Кпер= , а Uвх.max=80∙127=10,16В.

Рисунок 10.13

 

Процесс аналого-цифрового преобразования осуществляется при нулевом сигнале на входе START(СТАРТ) (рисунок 10.5). Входной аналоговый сигнал подается на вход AIN. По окончании преобразования на выходе READY (ГОТОВНОСТЬ) появляется логический нуль. Одновременно с этим сигналом на информационных выходах D0…D9 устанавливается цифровой двоичный эквивалент входной аналоговой величины. Уровни выходных цифровых сигналов соответствуют уровням цифровых ТТЛ-схем. Для сброса текущего выходного кода преобразователя необходимо подать единицу (минимум на 2мкс) на вход START. В процессе сброса и преобразования на выходе READY присутствует логическая единица, а кодовые выходы АЦП находятся в высокоимпедансном состоянии. Сказанное отображают временные диаграммы работы АЦП, приведенные на рисунке 10.5. Для повышения точности преобразования АЦП имеет два отдельных земляных вывода: аналоговая земля (GNDA) и цифровая земля (GNDD). Разность потенциалов между ними должна быть £200мВ. Регулировку чувствительности АЦП можно производить с помощью переменного резистора (100…200 Ом), включаемого между источником входного сигнала Uвх и аналоговым входом AIN АЦП (рисунок 10.4). Для регулировки смещения нуля в пределах +1/2 значения младшего значащего разряда (МЗР) можно включать переменный резистор (5…50 Ом) между выводом GNDA АЦП и внешней землей.

Микросхема выполнена по n-МОП технологии, питается от двух источников +5В и -15В и потребляет токи 10 и 18 мА соответственно.

 

10.2.2.2 Расчет микросхемы К1113 ПВ1

Выполним расчет абсолютной и относительной погрешности преобразования, а также максимально допустимую частоту высшей гармоники спектра входного сигнала для АЦП К1113 ПВ1. Количество разрядов выходного кода в этой микросхеме равно десяти (Nр=10), диапазон значений входного напряжения Uвхmax – Uвхmin = 10,23 В. Поэтому из выражений (10.1, 10.3) получим:

N д £ 210 = 1024;D U = 10,23/1023 = 10 mB.

Согласно (10.2) абсолютная погрешность преобразования такого АЦП будет не больше, чем 5 mB, т.е. dабс £ 5 mB, а относительная – не больше, чем (50 / 1023) [%], т.е. dотн £ (50 / 1023) » 0,049 %.

Величина шага квантования по времени, согласно рисунку 10.5, должна быть не менее, чем (tпрб.ацп + tсбр), т.е. не менее 32 мкс (т.к. для К1113 ПВ1 tпрб.ацп £ 30 мкс). А значит максимально допустимая частота высшей гармоники спектра входного сигнала для АЦП К1113 ПВ1, как следует из (10.6), будет равна fmax = 1 / [2*(tпрб.ацп + tсбр)] » 15,6 кГц.

 

10.2.2.3 Ввод данных от АЦП в МПС через ППИ в режиме 0

Структурная схема подключения АЦП К1113 ПВ1 к СШ МПС через ППИ КР580ВВ55А, работающем в режиме 0, приведена на рисунке 10.14.

 

Рисунок 10.14

 

Ввод данных осуществляется через порт А. Сигнал запуска АЦП формируется программно и выводится через бит РС0 порта С. После настройки ППИ на режим работы на выходе РС0 устанавливается логический 0.

После инвертора на вход START АЦП подается логическая 1. АЦП находится в нерабочем, а его цифровые выходы – в высокоимпедансном состоянии. Запуск АЦП осуществляется программной установкой РС0 в единицу. Информация о завершении аналого-цифрового преобразования, снимаемая с АЦП в виде сигнала , вводится в микропроцессор через бит РС7 порта С.

Схема алгоритма ввода информации от АЦП в МПС приведена на рисунке 10.15.

 

Рисунок 10.15

 

10.2.3 Устройство выборки и хранения (УВХ)

10.2.3.1 Обоснование применения УВХ

При аналогово-цифровом преобразовании быстро изменяющихся сигналов возникают динамические погрешности, которые определяются, во-первых, частотой и временем преобразования, а, во-вторых – апертурной погрешностью.

Погрешность, возникающая из-за несоответствия входного сигнала преобразованному цифровому значению, называется апертурной погрешностью АЦП. Это несоответствие возникает, если изменение входного сигнала в течение времени преобразования эквивалентно более чем единице младшего значащего разряда (МЗР). В этом случае, при быстро изменяющемся во времени входном сигнале создается неопределенность в том, каким в действительности было мгновенное значение входного сигнала в момент выборки.

Время между моментом фиксации мгновенного значения входного сигнала (моментом отсчета) и моментом получения его цифрового эквивалента называется апертурным временем.

Апертурная погрешность определяется приращением входного переменного во времени сигнала АЦП за время преобразования. Точное значение апертурной погрешности можно определить, разложив выражение для входного сигнала Uвх(t) в ряд Тейлора около точек отсчета, которое для i-й точки имеет вид

U вх (ti+ta) = U вх (ti) + t а . U` вх (ti) + (t а 2/2). U« вх (ti) + …(10.7)

 

В первом приближении апертурная погрешность может быть представлена в виде:

D Ua (ti) =U вх (ti+ta)-U вх (ti) » U`(ti). ta,(10.8)

 

где ta – апертурное время, которое для рассматриваемого случая равно времени преобразования tпрб АЦП.

Предположим, например, что входной сигнал имеет синусоидальную форму: U вх( t ) = Um sin 2 p f . t .

Тогда апертурная погрешность равна D Ua ( ti ) = Um . 2 p f . t а. cos 2 p f . t .

Максимальное значение погрешности равно:

D Ua max(ti)=Um. 2 p f. t а.(10.9)

 

Если принять, что для Np — разрядного АЦП апертурная погрешность не должна превышать шага квантования по уровню D Uвх (рисунок 10.16), то между частотой сигнала f, апертурным временем и апертурной погрешностью имеет место соотношение:

 

.(10.10)

 

Разделив левую и правую части неравенства (10.10) на Um, получим:

 

.(10.11)

 

Например, если Np=8, а время преобразования АЦП tпрб = 7,5 мкс, то частота входного сигнала не должна превышать 83 Гц. В этом случае апертурная погрешность не превышает единицы младшего значащего разряда двоичного кода на выходе АЦП.

 

Рисунок 10.16

 

Для уменьшения апертурной погрешности АЦП обычно используются устройства выборки и хранения (УВХ), включаемые между входом АЦП и выходом источника аналогового сигнала.

 

10.2.3.2 Принцип действия, схема и основные параметры УВХ

Работа УВХ основана на принципе фиксации мгновенного значения изменяющегося во времени входного сигнала Uвх(t) на время, необходимое для последующего преобразования в АЦП. УВХ имеет два режима работы: выборки и хранения. В режиме выборки (слежения) выходной сигнал УВХ с максимально возможной скоростью достигает значения преобразуемого сигнала Uвх(t) и затем отслеживает его до тех пор, пока не придет команда на хранение. С этого момента УВХ будет хранить (запоминать) на выходе мгновенное значение преобразуемого входного сигнала. Т.к. УВХ запоминает входной сигнал АЦП в момент времени, точно определяемый командой хранения, апертурное время и погрешность АЦП существенно снижается и определяется в основном апертурным временем УВХ – максимальным временем от момента подачи команды на хранение до момента начала перехода схемы в данный режим. Апертурное время УВХ обусловлено конечным временем переключения ключа, входящего в состав УВХ, при переходе схемы от выборки к хранению.

Схема простейшего УВХ показана на рисунке 10.17.

 

Устройство выборки-хранения

 

При сборе информации и ее последующем преобразовании часто бывает необходимо зафиксировать значение аналогового сигнала в некоторый момент времени. Некоторые типы аналогово-цифровых преобразователей (ЦАП), например, последовательного приближения, могут давать большие ошибки, если их входной сигнал не зафиксирован во время преобразования. При смене входного кода ЦАП из-за неодновременности установления разрядов наблюдаются выбросы выходного напряжения. Для устранения этого явления на время установления также следует зафиксировать (запомнить) выходной сигнал ЦАП. Следовательно, устройство выборки-хранения (УВХ) должно на интервале времени выборки повторять на выходе входной сигнал, а при переключении режима на хранение сохранять последнее значение выходного напряжения до поступления сигнала выборки. Схема простейшего УВХ приведена на рис. 3.17.

Рисунок 3.17 – Устройство выборки-хранения

Когда ключ S замкнут, выходное напряжение схемы повторяет входное, т.е. Uвых = Uвх (рис. 3.17 б). При размыкании ключа Uвых сохраняет свое значение, последнее перед размыканием. Выходной повторитель на ОУ препятствует разряду конденсатора хранения Схр на нагрузку схемы. Входное сопротивление повторителя должно быть как можно больше, поэтому обычно применяют ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Простейшая схема УВХ имеет ряд недостатков:

· при замкнутом ключе источник входного сигнала имеет значительную емкостную нагрузку (если источником является ОУ, это может привести к его самовозбуждению).

· ОУ с полевыми транзисторами на входе, применяемыми в качестве буферных повторителей, имеют значительное смещение нуля.

Эти недостатки во многом устранены в МС устройства выборки-хранения LF398 (отечественный аналог – 1100СК2), которая в течение многих лет является промышленным стандартом. Функциональная схема этой МС приведена на рис. 3.18. Общая отрицательная обратная связь, охватывает всю схему – с выхода усилителя ОУ2 на вход усилителя ОУ1.

Рисунок 3.18 – Функциональная схема УВХ 1100СК2

Когда коммутатор находится в замкнутом состоянии, потенциал выхода ОУ1 вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что Uвых отличается от Uвх на величину напряжения смещения ОУ1. При этом смещение, возникающее из-за наличия коммутатора и ОУ2, сводится к нулю. Диоды в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (≤ 20 mV). При размыкании коммутатора управляющим сигналом выходное напряжение остается неизменным. Резистор R1 и диоды предотвращают насыщение ОУ1, которое могло бы возникнуть из-за размыкания общей отрицательной обратной связи в этом режиме. Это снижает время переходного процесса при замыкании коммутатора. Усилитель ОУ1 обеспечивает высокое входное сопротивление УВХ. Он выполнен по схеме с биполярными транзисторами на входе, что позволяет получить смещение нуля схемы в пределах 5 mV. Резистор R2 ограничивает ток заряда конденсатора хранения.

При Схр = 1000 pF время выборки составляет 0,4 μs, апертурная задержка – 100 ns, дрейф – 0,2 V/s, напряжение смещения – 5 mV.

 


Узнать еще:

Основные характеристики интегрирующих АЦП

Тип микросхемы     Особенности функционирования   Число десятичных разрядов Погрешность преобразования, МЗР
  ICL7107   ILC7135   ILC7117     Двухактное интегрирование с автокомпенсацией нуля Двухтактное интегрирование с коррекцией нуля интегратора Двухтактное интегрирование с режимом хранения данных   3,5   4,5   3,5     ±1   ±2   ±1

 

Контрольные вопросы

1. Виды аналого-цифровых преобразователей и их особенности? Дискретизация, квантование и кодирование — этапы АЦП-преобразования? Теорема Котельникова как основа этого преобразования? Апертурная погрешность?

2. Основные характеристики АЦП и принципы их построения?

3. АЦП последовательного счёта – схемная реализация, работа, временные диаграммы?

4. АЦП последовательного приближения — схемная реализация, работа, временные диаграммы?

5. Структурные схемы параллельного и параллельно-последователь­но­го АЦП – их работа, метрологические характеристики?

6. Интегрирующие АЦП: двухтактные и с частотно-импульсным преоб­разованием – схемные построения, работа, временные диаграммы, метрологические характеристики?

7. Структурные схемы и работа АЦП с сигма-дельта модулятором, АЦП быстрого интегрирования, конвейерные АЦП?

 

 

Лекция15. Устройства выборки и хранения

Назначение и типы устройств выборки и хранения аналоговых сигналов.Как отмечалось в лекции 14, при обработке аналоговых сигналов с частотой, соизме­римой или большей, чем скорость работы АЦП, из аналогового сигнала при­ходится делать выборки (или отсчеты). Для этого некоторое значение сигнала в выбранное время запоминается на интервал, необходимый для того, чтобы про­извести преобразование его в двоичный код с помощью АЦП.

Эту функцию выполняют устройства выборки и хранения (УВХ), которые являются аналоговыми запоминающими устройствами и в зарубежной литературе часто называются Sample-Hold Amplifier (SHA) [1,2,5,9,10,11]. В большинстве случаев для этого используют различные сочетания накопительного конденсатора и аналоговых ключей с согласующими усилителями. Такие устройства можно создавать на базе существующих микросхем широкого применения — мультиплексоров, операцион­ных усилителей и др. Однако поскольку к характеристикам УВХ предъявляются достаточно высокие требования, то в последнее время был налажен выпуск цели­ком интегральных микросхем специализированного назначения.

Хранение данных можно было бы реализовать и в цифровой форме, однако быстродействие и сложность соответствующих устройств не позволили найти им широкое применение. В аналоговых устройствах выборки и хранения фактически производится операция дискретизации непрерывного сигнала с тем, чтобы в даль­нейшем при помощи АЦП произвести его квантование и кодирование. В цифро­вых устройствах выборки и хранения последовательность иная. Вначале выполня­ется квантование сигнала, а затем его дискретизация и запоминание. Структурные схемы этих двух типов УВХ приведены на рис.15.1. На этих схемах сигнал стро­бирования управляет процессом дискретизации, а квантование обычно произ­водится АЦП или линейкой компараторов (типа парал­лельного АЦП).

В основу операции выборки и хранения в идеальном случае по­ло­­жено филь­трующее свойство импульсной функции :

, (15.1)

согласно которому определяется мгновенное значение функции в дискретные моменты времени tn.

Рис.15.1. Устройство выборки и хра­нения аналоговое (а) и цифровое (б)

 

В действительности строби­ро­вание осуществляется при по­мо­щи стробирую­щих сигналов g(t-tn), имеющих конечную дли­тельность и сложную форму, поэто­му определяется некоторая функция от вход­ного сигнала в пре­делах существова­ния стробирующего импульса

, (15.2)

где F — символ функционального преобразования во время действия стробирую­щего импульса g(t-tn).

В связи с этим реальное стробирование можно классифицировать или по виду стробирующего импульса, или по виду функционального преобразования F. По виду стробирующих импульсов различают: прерывание входного сигнала последовательно­стью прямоугольных импульсов с фиксированной длительностью tстр (рис.15.2,а)и модуляцию входного сигнала последовательностью импульсов произвольной формы (рис.15.2,б). Общим для этих двух процессов стробирования является то, что стробиро­ванный сигнал получается в результате перемножения последовательности строб-им­пульсов и входного сигнала, а отличие заключается в механизме получения выборки.

Рис.15.2.Стробирование УВХ с помощью прямоугольных импульсов (а) и амплитудно-импульсной модуляции (б)

 

По способу получения отсчетов входного сигнала различают:

-стробирование прямоугольными импульсами при малой постоян­ной времени цепи хранения выборки;

— стробирование с интегрированием на интервале выборки и

— стробирование перемножением.

При этом наибольшее распространение получили устройства выборки и хране­ния, стробируемые прямоугольными импульсами достаточно малой длительности.

Основные характеристики УВХ. Как было сказано ранее, основной функцией УВХ является запоминание на конденсаторе в течение некоторого времени значе­ния входного напряжения. В режиме выборки УВХ повторяет входной сигнал, а затем по строб-импульсу запоминает мгновенное значение напряжения на конден­саторе и переходит в режим хранения. В связи с этим полный цикл работы УВХ состоит из четырех этапов: 1) выборки, 2) перехода от выборки к хранению, 3) хранения и 4) перехода от хранения к новой выборке.

В режиме выборки основными параметрами УВХ являются: время выборки и коэффициент передачи. Временем выборки tвназывается интервал времени, в тече­ние которого образуются выборочные значения напряжения на накопительном конденсаторе. Время выборки задается длительностью стробирующего импульса.

При работе УВХ в режиме слежения время выборки является временем слежения. Время выборки связано с погрешностью δ образования выборочного значения входного напряжения.

Коэффициент передачи Кп(коэффициент усиления) УВХ — это отношение выбранного значения к значению входного напряжения в момент выборки. Наи­более часто УВХ повторяет входной сигнал, т. е. имеет коэффициент передачи, равный единице. Однако в некоторых случаях используются УВХ с усилением входного сигнала. Погрешность коэффициента передачи характеризует его откло­нение от расчетного значения.

При переходе от режима выборки к режиму хранения основными параметра­ми УВХ являются: апертурное время и погрешность переключения. Апертурное время tапредставляет собой интервал времени, в течение которого сохраняется неопределенность между образовавшимся выборочным значением сигнала и мо­ментом времени, к которому оно действительно относится. Это время иногда называют апертурной задержкой.

Переход от режима выборки к режиму хранения сопровождается поступлени­ем на схему УВХ сигнала управления (или снятия строб-импульса, поданного на время выборки). Этот сигнал управления наводит через паразитные емкости поме­хи на конденсатор хранения и изменяет результат выборки. Это изменение резуль­тата выборки называется погрешностью переключенuя.

В режиме хранения основным параметром УВХ является скорость изменения выходного напряжения, которая характеризует погрешность УВХ в режиме хране­ния. Обычно этот параметр определяется скоростью разряда накопительного кон­денсатора dUc/dt=I/Cxp, где 1 — сумма токов утечки ключа и тока смещения усилителя, Схр — емкость хранения. Спад выходного напряжения определяет вре­мя храненuя напряжения с заданной погрешностью. Все сказанное относится к аналоговым УВХ и отсутствует в цифровых УВХ.

При переходе от хранения к выборке основным параметром является время установления tуст, которое характеризует длитель­ность переходного процесса пос­ле поступления строба, разрешаю­щего выборку.

Обобщенной характеристикой точности и быстродействия УВХ является его пропускная способность Ct, определяемая количеством информации о входном сигнале, передаваемом на выход УВХ в единицу времени. Эта характеристика обычно определяется по формуле:

, (15.3)

где tв— время выборки нового значения входного сигнала с заданной погрешнос­тью δ.

Время выборки зависит, в основном, от скорости заряда емкости памяти Схр, поэтому чем меньше емкость хранения, тем меньше время выборки и тем выше качество УВХ. Однако при малой емкости происходит потеря информации во время хранения за счет разряда емкости хранения токами утечки. В этом случае компромиссным решением является применение двухкаскадных УВХ.

Принципы построения УВХ. Простейшая схема УВХ приведе­на на рис.15.3,а. Эта схема состоит из ключа, управляемого строб-им­пульсом, и емкости хранения Схр. На рис.15.3,б показан график пре­об­разования входного сигнала при помощи этого идеального УВХ. В режиме выборки выходное напряжение полностью соот­ветствует входному сигналу, а в режиме хранения — мгновенному значению вход­ного сигнала в момент окончания выборки.

Рис.15.3. Простейшая схема УВХ (а) и графики вход­ного и выходного сигналов в идеаль-­

ном случае

 

В действительности использовать такую простую схему невоз­можно по ряду причин: выходное сопротивление источника сигнала и конечное сопротивление ключа приводят к появлению переходного про­цесса, в результате которого процесс заряда растягивается во времени; в режиме хранения конденсатор перезаряжается током утечки ключа и разрядом его на нагрузку; через паразитные емкости ключа сигнал строба изменяет сигнал на на­грузке.

Для улучшения характеристик УВХ применяют операционные усилители. Для построения УВХ достаточно одного ОУ, как показано на рис.15.4,а. Когда вход­ное напряжение изменяется ступенчато, что эквивалентно замыканию ключа S при постоянном входном напряжении, то напряжение на выходе изменяется по уравнению

,

и в результате конденсатор будет заряжен до напряжения -uвх.

Рис.15.4. Схема инвертирующего УВХ на одном ОУ (а) и схема с умень­шением тока утечки ключа на

полевом транзисторе (б)

 

Если за время, пока ключ S разомкнут, напряжение изменится до значения uвх’, то при следующем замыкании ключа выходное напряжение uвых будет перехо­дить к новому значению по уравнению

,

где RC=τс— постоянная времени цепи выборки.

В качестве ключа могут быть использованы схемы на биполяр­ных или полевых транзисторах, диодные мостовые схемы и др. На рис.15.4,б приведена аналогичная схема на ОУ с ключом на полевом транзисторе VT2. В этой схеме в режиме выборки погрешность опре­деляется падением напряжения на сопротив­лении открытого тран­зи­стора VT2из-за протекания входного тока ОУ.

Для уменьшения тока утечки транзистора VT2в схему введен ключ на тран­зисторе 1, которой подключает сток транзистора VT2к общей шине в режиме хранения и тем самым уменьшает ток утечки почти до нулевого уровня. В резуль­тате конденсатор хранения разря­жается только очень малым током утечки за­твора транзистора VT2.

Схемы неинвертирующих УВХ на одном ОУ приведены на рис. 15.5. В схеме, изображенной на рис.15.5,а, на входе установлен повторитель напряжения на ОУ. Это позволяет исключить влияние внутреннего сопротивления источника сигнала на работу УВХ. Однако в этой схеме большую погрешность вносят помехи, кото­рые проходят из цепи управления через емкость затвор-исток полевого транзисто­ра VT1. Кроме того, на разряд конденсатора влияет нагрузка, подключенная к выходу ключа.

Рис.15.5. Схема неинверти­рую­щего УВХ на одном ОУ: с вход­ным повторителем (а) и с выход­-

ным повторителем (б)

 

Для устранения влия­ния нагрузки на разряд конденсатора можно использо­вать на выходе УВХ повторитель напряжения на ОУ, как показано на рис.15.5,б. В этой схеме нагрузка подключается к выходу ОУ, а к емкости хранения подклю­чается вход ОУ, который имеет большое входное сопротивление.

Для снижения помех из цепи управления (коммутационных помех) в схеме рис.15.5,б введен транзистор VT2. Во время выборки транзистор VT2заперт, а стабилитрон VD включен, и напряжение на затворе меньше напряжения на стоке на напряжение стабилитрона Uст. При этом транзистор VT1открывается, и кон­денсатор хранения Схр заряжается до напряжения uвх .

Когда транзистор VT2открывается, схема переводится в режим хранения. Перепад напряжения, запирающего транзистор VT1, равен Uст и не зависит от uвх . Поэтому сигнал помехи, поступающий через емкость затвора, будет постоянным и его можно скомпенсировать регулировкой смещения нулевого уровня ОУ. Кро­ме этого, напряже­ние между затвором и истоком uзи в режиме хранения равно нулю, и, следовательно, ток утечки затвора будет минимальным.

Схемы УВХ на двух ОУ приведены на рис.15.6. На рис.15.6,априведена схе­ма УВХ с двумя повторителями напряжения на ОУ. Первый повторитель на ОУl устраняет влияние сопротивления источ­ника сигнала на заряд Схр, а второй по­вторитель на ОУ2 устраняет влияние нагрузки на разряд Схр в режиме хранения. Однако при такой схеме включения остаются погрешности, обусловленные сопро­тивлением коммyтирующего транзистора VT1и разрядом емкости хранения Схр за счет тока утечки транзистора VT1.

Для снижения этих погрешностей используют общую отрица­тель­ную обрат­ную связь, как показано на рис.15.6,б. В режиме вы­бор­ки транзистор VT1 открыт, а транзистор VT2 заперт. При этом включена общая отрицательная об­ратная связь с выхода ОУ2 на вход OУ1 через сопротивление R. Поскольку пол­ное усиление в канале прямой передачи определяется усилителем ОУ1, то влияние сопро­тивления канала r0 транзистора VT1 значительно снижается.

Рис.15.6. Схема УВХ на двух ОУ с входным и выходным повтори­те­лями (а) и с общей обратной связью (б)

При переходе в режим хранения транзистор 1запирается, а транзистор 2отпирается. В результате усилитель ОУ1 переводится в режим повторителя напряжения, обеспечивая высокое сопротив­ление на входе и низкое сопротивле­ние на выходе. Этим обеспечива­ется стабильность ОУ1 при размыкании обратной связи ключом 1.

Рис.15.7. Схема УВХ с ёмкостью хранения

в цепи обратной связи

Вместо транзистора 2 по рис.15.6 часто включают два встречно-парал­лельных диода, как показано на рис.15.7. В этом случае при размы­кании обратной связи в ре­жиме хранения отпирается один из диодов VD1или VD2и ОУ1 переводится в режим повторителя.

Кроме того, схема, изображенная на рис.15.7, имеет емкость хра­нения, включенную в цепь отрицательной обратной связи ОУ2, который в этом случае работает как интегратор. Особенностью этой схемы является то, что в результате действия обратной связи ключевой транзистор 1работает в режиме короткого замыкания, что позволяет снизить перепад напряжения в схеме управления, уменьшить погрешность и увеличить скорость переключения.

Интегральные микросхемы УВХ. В настоящее время имеется серийный выпуск микросхем УВХ различного типа и с различными характеристиками. В табл.15.1 приведены основные характеристики некоторых микросхем УВХ.

Таблица 15.1


Узнать еще:

Mikä на UVH? -UVH määritelmät


Etsitkö UVH merkityksiä? Seuraavassa kuvassa voit nähdä UVH tärkeimmät määritelmät. Jos haluat, voit myös ladata kuvatiedoston tulostettavaksi, tai voit jakaa sen ystäviesi kanssa Facebookin, Twitterin, Pinterestin, Googlen jne. Каутта. Йос haluat nähdä kaikki UVH merkitykset, siirry alaspäin. Täydellinen luettelo määritelmistä on esitetty alla olevassa taulukossa aakkosjärjestyksessä.

Tärkeimmät UVHn merkitykset

Seuraava kuva esittää UVHn yleisimmin käytetyt merkitykset.Voit siirtää kuvatiedoston PNG-muodossa offline-käyttöön tai lähettää сен ystävillesi sähköpostitse.Jos olet ei-kaupallisen verkkosivuston ylläpitäjä, julkaise UVH-mävaritel sähköpostitse.

Määritelmät UVH

Kuten edellä на mainittu, näet kaikki UVHn merkitykset seuraavassa taulukossa. Huomaa, että kaikki määritelmät on lueteltu aakkosjärjestyksessä.Voit napsauttaa oikealla olevia linkkejä nähdäksesi yksityiskohtaiset tiedot kustakin määritelmäställia, jätélani, määritelmäställia, jätélani, määritelmäställa,

Mitä teksti UVH tarkoittaa tekstissä

Summana UVH на lyhenne tai lyhenne sana, joka на määritetty yksinkertaisella kielellä. Tämä sivu havainnollistaa, miten UVH на käytössä viesti-ja keskustelu foorumeilla sosiaalisen median ohjelmistojen, kuten VK, Instagram, WhatsApp ja snapchat, lisäksi. Edellä olevasta taulukosta voit tarkastella kaikkia kohteen UVH merkityksiä: Jotkut ovat koulutus termejä, muut ovat lääketieteellisiä termejä ja jopa tieto koneen termejä. Йос tiedät toisen määrityksen UVH, ota meihin yhteyttä.Sisällytämme sen seuraavan tieto kanta päivityksen aikana. Huomioittehan, että vierailijat ovat luoneet joitain lyhenteitä ja niiden määritelmiä. Siksi ehdotuksenne uusista akronyyteistä on erittäin tervetullut! Vastineeksi Olemme kääntäneet kohteen UVH lyhennettä espanjaksi, ranskaksi, kiinaksi, portugaliksi, venäjäksi jne. Voit vierittää alaspäin ja napsauttaa kieli-valikkoa löytääksesi kohteen UVH merkitykset muilla 42-kielillä.

Начало работы | mhVTL

Список рекомендуемых базовых пакетов для устранения неполадок устройств SCSI в Linux


RedHat / CentOS / Scientific Linux / Дистрибутивы Oracle Linux:

Если все, что вам нужно / нужно сделать, это как можно скорее запустить и запустить VTL с минимумом хлопот:
Большое спасибо проекту ELRepo: http: // elrepo.org / tiki / tiki-index.php

Импортировать открытый ключ ELRepo:

 об / мин --import http://elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org 

Решите, будет ли ваше распределение основано на RH 5 или RH 6

Если RH 5:
Установите ELRepo RPM для RHEL-5 / SL-5 или CentOS-5

 об / мин -Uvh http://elrepo.org/elrepo-release-5-4.el5.elrepo.noarch.rpm 

Если RH 6:
Установите ELRepo RPM для RHEL-6 / SL-6 или CentOS-6

 об / мин -Uvh http: // elrepo.org / elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm 

Установить пакеты mhVTL:

 yum install kmod-mhvtl mhvtl-utils 

Пуск мхVTL:

 услуги mhvtl start 

Осталось только настроить приложение резервного копирования.


RPM-дистрибутивы Linux, отличные от RedHat:

Для этого требуется установка среды разработки gcc, так как для компиляции и установки требуется драйвер псевдо SCSI hba.

Для установки и запуска пакета:

1.Установите src.rpm и x86 / x86_64 (в зависимости от версии вашего процессора / ОС — проверьте с помощью uname -p)

2. Скомпилируйте модуль ядра из только что установленного исходного кода:
Примечание. Каталог в приведенном ниже примере является домашним каталогом SuSE RPM (это / usr / src / packages)

Если вы устанавливаете на RedHat:
/ usr / src / redhat или $ HOME / rpmbuild / (в зависимости от выпуска RedHat)
Другие дистрибутивы RPM могут иметь другие домашние каталоги RPM по умолчанию.

 компакт-диск / usr / src / packages / BUILD
tar xvfz../SOURCES/mhvtl-2013-03-22.tgz
cd mhvtl-1.4 / ядро
сделать
сделать установку 

3. Запустите пакет с помощью сценария rc.

 /etc/init.d/mhvtl start 

4. Убедитесь, что все работает:

 lsscsi -g
пс -ef | grep vtl 

(по умолчанию с 10 демонами — 2 vtllibrary и 8 vtltape)

5. Настройте программное обеспечение резервного копирования 😉


Дистрибутивы Linux без RPM: (или вы просто хотите сделать это вручную)

Для установки и запуска пакета:

1.Загрузите ‘mhvtl-YYYY-MM-DD.tgz

2. Извлечь исходный код

 cd / some / where / safe
tar xvfz /where/you/downloaded/mhvtl-YYYY-MM-dd.tgz 

3. Создание демонов пользовательского пространства

 кд мхвтл-1.4
сделать 

Примечание: Начиная с mhvtl-1.3 для сборки vtltape требуются как lzo, так и zlib
Типичная ошибка (отсутствует пакет lzo devel) выглядит так:

 cc -Wall -Wshadow -g -O2 -D_LARGEFILE64_SOURCE -I ../ kernel -DMHVTL_VERSION = \ "1.4.0 \" -DMHVTL_DEBUG -DUSR = \ "vtl \" -DMHVTL_HOME_PATH = \ "/ opt / mh DMHVTL_CONFIG_PATH = \ "/ etc / mhvtl \" -c -o vtltape.o vtltape.c
vtltape.c: 92: 25: ошибка: lzo / lzoconf.h: нет такого файла или каталога
vtltape.c: 93: 23: ошибка: lzo / lzo1x.h: нет такого файла или каталога
vtltape.c: В функции uncompress_lzo_block: 

Для исправления установите пакет разработки lzo и повторно выполните команду «make».

4. Добавьте пользователя «vtl»

 sudo useradd -c "пользователь mhvtl" vtl 

5. Установите двоичные файлы

 sudo make install 

6. Соберите модуль ядра из только что установленного исходного кода:

 cd ядро
сделать
сделать установку 

7.Запустите пакет с помощью сценария rc.

 /etc/init.d/mhvtl start 

Примечание: Если вы не можете найти сценарий rc ‘mhvtl’ в /etc/init.d, вы, скорее всего, поменяли местами 4 и 5.
т.е. отсутствовала учетная запись пользователя vtl и не запускала повторно команду make install после создания учетной записи.

8. Убедитесь, что все работает:

 lsscsi -g
пс -ef | grep vtl 

(по умолчанию с 10 демонами — 2 vtllibrary и 8 vtltape)

9.Настройте программное обеспечение резервного копирования 😉


Компиляция модуля ядра

 tar xvfz mhvtl-2013-10-20.tgz (последний на момент редактирования)
cd mhvtl-1.4 / ядро
сделать
сделать установку

rmmod mhvtl (удалить исходный модуль ядра - если загружен)
modprobe mhvtl opts = 0 (загрузить новый модуль ядра)
cat / sys / modules / mhvtl / version (подтвердите, что версия 0.18.15) 

об / мин Linux 命令 参数 使用 详解 [介绍 和 应用] — 小炒 花生米

об / мин Manager Менеджер пакетов RedHat (RedHat 软件包 管理 工具) 类似 Windows 里面 的 «添加 / 删除 程序»

об / мин 执行 安装 包
二进制 包 (Binary) 以及 源 代码 包 (Source) 两种。 二进制 安装 在 计算机 中 , 而 将会 由 RPM 自动 编译 、。 源 代码 包 src.об / мин 作为 后缀 名。

常用 命令 组合 :

ivh : 安装 显示 安装 进度 —install — verbose — hash
-Uvh : 升级 软件包 —Update ;
-qpl : 列出 RPM 软件包 内 的 文件 信息 [Список пакетов запроса] ;
-qpi : 列出 RPM 软件包 的 描述 信息 [Query Package install package (s)] ;
-qf : 查找 指定 文件 属于 哪个 RPM 软件包 [Query File] ;
-Va : 校验 所有 RPM 软件包 , 查找 丢失的 文件 [View Lost] ;
-e : 删除 包

rpm -q samba // 查询 程序 是否 安装

об / мин -ivh /media/cdrom/RedHat/RPMS/samba-3.0.10-1.4E.i386.rpm // 按 路径 安装 并 显示 进度
об / мин -ivh — переместить / = / opt / gaim gaim-1.3.0-1.fc4.i386.rpm // 指定 安装 目录

об / мин -ivh —test gaim-1.3.0-1.fc4.i386.rpm // 用来 检查 依赖 关系 ; 并不是 真正 的 安装 ;
rpm -Uvh —oldpackage gaim-1.3.0-1.fc4.i386.rpm // Версия

об / мин -qa | grep httpd # [搜索 指定 rpm 包 是否 安装] — все 搜索 * httpd *
rpm -ql httpd # [搜索 rpm 包] — список 所有 文件 安装 目录

rpm -qpi Linux-1.4-6.i368.rpm # [查看 rpm 包] — query — package — install package 信息
rpm -qpf Linux-1.4-6.i368.rpm # [查看 rpm 包] — file
rpm -qpR file.rpm # [查看 包]依赖 关系
rpm2cpio file.rpm | cpio -div # [抽出 文件]

rpm -ivh file.rpm # [安装 新 的 rpm] — установить — подробный — hash
rpm -ivh

rpm -Uvh file.rpm # [升级 一个 rpm] — обновить
rpm -e file.rpm # [删除 一个 rpm包] — стереть

常用 参数 :

Варианты установки / обновления / удаления:

-i, —install install package (s)
-v, —verbose предоставить более подробный вывод
-h, —hash печатать хэш-метки по мере установки пакета (хорошо с -v)
-e, —erase erase ( удалить) пакет
-U, —upgrade = + пакет (-ы) обновления
--replacepkge 无论 软件包 是否 已 , 都 强行 安装 软件包
—test 安装 测试 , 并不 实际 安装
—nodeps 忽略软件包 的 依赖 关系 强行 安装
—force 忽略 软件包 及 文件 的 冲突

Параметры запроса (с -q или —query):
-a, —all запросить / проверить все пакеты
-p, —package запрос / проверка файла пакета
-l, —list список файлов в пакете
-d, —docfiles список всех файлов документации
-f, —file запрос / проверка пакета (ов), владеющего файлом

об / мин 源 代码 包装 安装

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *