А.Л. Кульський, м. Київ

В даний час аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) становлять значну частку в світовому виробництві інтегральних електронних схем. Це пов'язано з такими їх особливостями, як зручність застосування, відносна простота і дешевизна, а також украй незначні габарити. АЦП з успіхом застосовують у вимірювальних комплексах для узгодження аналогових джерел вимірювальних сигналів і наступних систем цифрової обробки. Нерідко потрібно, щоб вихід АЦП дозволяв безпосередньо представляти результати вимірювання в цифровому вигляді.

 

 

 

 

Швидкодіючі АЦП лежать в основі сучасних бездротових систем зв'язку, суттєво збільшуючи швидкості потоку цифрових даних. Є значна кількість різновидів цих виробів, призначених як для "повільних", так і для "швидких" вхідних сигналів. Вимірювання постійних напруг, яке дозволяє, наприклад, відрегулювати режим роботи транзистора в електронній схемі, відноситься до "повільним" процесам.

Отже, особливу швидкодія від АЦП в цьому випадку не потрібно. Для процесу вимірювання постійної напруги добре підходять так звані інтегруючі АЦП. Їх переваги – Мінімальне число необхідних точних компонентів, висока завадостійкість, дуже мала нелінійність і відносно низька вартість. Саме ці властивості АЦП і визначили їх широке застосування для побудови вимірювальних приладів і систем невисокого швидкодії.

Інтегруючий АЦП, як правило, складається з двох перетворювачів: перетворювача напруги або струму в частоту або тривалість імпульсів. При цьому другий перетворювач служить для трансформування частоти або тривалості в код. У цьому випадку проводять стандартну процедуру підрахунку імпульсів вимірюваної частоти за відомий проміжок часу.

Тому основні характеристики інтегруючих АЦП визначаються якістю ПНЧ (перетворювач напруга – частота). Зазвичай використовують принцип двотактного інтегрування. У першому такті циклу перетворення здійснюється інтегрування, тобто накопичення інтеграла від деякого вхідного сигналу. У другому такті здійснюється деінтегрірованіе, тобто зчитування попередньо накопиченого інтеграла за допомогою подачі на вхід інтегратора іншого вхідного сигналу. На рис.1 представлена ??діаграма зміни напруги на виході інтегратора (11і).

Як бачимо в першому такті тривалістю Т1 напруга досягає величини ім. У другому вона змінюється від ним до вихідного рівня, який в даному випадку дорівнює нулю. Можна сказати, що накопичення відбувається при подачі на вхід інтегратора івх = и1, а зчитування (Т2) – при подачі івх = и2.

Таким чином, и1 і і2 мають різну полярність, а співвідношення тривалості тактів визначається співвідношенням:

Т2/Т1 = -Ш/і2.

Якщо тривалість циклу Т1 підтримується строго постійною, то різниця тривалості тактів (Т1 – Т2) змінюється пропорційно вимірюваному напрузі івх. Цей принцип і лежить в основі функціонування АЦП типу КР572ПВ2.

Даний АЦП має диференціальні входи для з

 

 

міряють (11вх) і опорного (11оп) напруг. Це означає, що на результати перетворення впливає різниця потенціалів між входами мікросхеми відповідно 31 і 30 і між входами 35 і 36. При цьому синфазні напруги, що є на цих висновках, практично не впливають на роботу перетворювача напруга – час (ПНВ).

Оскільки даний АЦП може безпосередньо працювати на світлодіодний індикатор, то розсіює всередині мікросхеми потужність не є постійною і залежить від числа гарячих сегментів. Природно, що при цьому температурний режим коливається. І говорити про стабільність потенціалу між висновками 1 і 32 не доводиться. Тому розумніше застосовувати зовнішню стабілізацію.

 

 

У КР572ПВ2 двом вищезгаданим тактам інтегрування передує нульової такт, при якому здійснюється автокорреляция. Це дозволяє запам'ятати величину напруги помилки, яка потім віднімається від вхідного сигналу інтегратора. При цьому вдалося зменшити сумарне напруга зсуву АЦП до рівня, що не перевищує 10 мкВ!

Тривалість першого такту дорівнює 1000 періодів тактових імпульсів, які формуються вбудованим тактовим генератором, який переважно стабілізувати кварцом. Зазначимо, що частота тактових імпульсів не впливає на результат перетворення, проте необхідно забезпечити високу сталість цієї частоти.

Рекомендований діапазон частот тактового генератора fr = 40 … 200 кГц.

Загальна тривалість циклу перетворення КР572ПВ2 становить 4000 періодів тактових імпульсів (16000/fr).

Діапазон вхідної напруги АЦП +2 …- 2 В, величина опорного напруги дорівнює 1 В. Інтегруючий АЦП КР572ПВ2 допускає обробку вхідних сигналів, джерело яких не пов'язаний із загальною шиною! Слід особливо відмітити, що дана мікросхема досить чутлива і складна.

Тому будь-які експерименти з поданими на неї живлячими напругами, що відрізняються від ± 5 В, не тільки небажані, а й неприпустимі!

Ось чому при розробці цифрового 3,5-розрядного вольтметра на КР572ПВ2 було вирішено до складу його плати ввести вбудовані стабілізатори напруги на ± 5 В. Принципова електрична схема цифрового вольтметра на АЦП показана на рис.2, друкована плата – на рис.3. Як легко бачити, опорне напруга регулюється в межах

0.1 … 1,0 В.

Друковану плату можна використовувати не тільки як цифрового вольтметра, але так само як крайовий блок для цифрової індикації відносного рівня будь-якого аналогового сигналу, джерелом якого може бути, наприклад, датчик тиску, температури, інтенсивності світлового потоку і т.д. Література

1. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А. Застосування прецизійних аналогових мікросхем .- М.: Радіо і зв'язок, 1985.

2. Гутников В.С. Інтегральна електроніка у вимірювальних пристроях .- Л.: Вища школа, 1988.