Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Февраля 2014 в 08:25, курсовая работа
Электронды жүйелерде аналогты және Цифрлық түрдегі ақпарат бірдей өңделеді. Ceбебi алғашқы физикалық көлем мен процесстер жөніндегі ақпарат аналогты сипатқа ие. Бұл ақпаратты өңдеу үшін оны әрине Цифрлық формада енгізген ыңғайлы. Цифрлық негізде өңделіп алынған нәтижелерді қолдану көп ретте олардың аналогтық түп деректерін қажет етеді. Яғни ақпаратты Цифрлық негізде өңдеу тәсілін қолданатын кез-келген жүйеде аналогтық және Цифрлық сигналдарды өзара алмастыратын құралы болуға тиic. Бұл рөлді аналогты-Цифрлық және Цифрлық -аналогты түрленулер (АЦТ және ЦАТ) атқарады.
І КІРІСПЕ…………………………………………………………………………......... 3
ІІ НЕГІЗГІ БӨЛІМ……………………………………………………………………... 5
1 АНАЛОГТЫ-ЦИФРЛЫҚ ЖӘНЕ ЦИФРЛЫҚ-АНАЛОГТЫҚ ТҮРЛЕНДІРГІШТЕР ……………………………………………………………..
6
1.1 Қолданылу мақсаты, негізгi ерекшеліктері мен түрлepi ………………………. 6
1.2 Негізгі сипаттамалар……………………………………………………………… 11
1.3 Ток жиынтығы бар ЦАТ………………………….................................................. 13
1.4 Тізбектей есептегіш АЦТ………………………………………………………… 18
1.5 Разрядты коды бар АЦТ………………………………………………………….. 22
1.6 АЦТ параллельді турленуі................................................................................... 24
1.7 Екілік интегрирі бар АЦТ....................................................................................... 26
ІІІ ЕСЕП БӨЛІМІ………………………………………………………………………. 28
ІV ҚОРЫТЫНДЫ……………………………………………………………………… 30
V ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ………………………………………….. 32
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
«Сандық қондырғылар және микропроцессорлық жүйелер» пәнінен
Курстық жұмысқа
Түсініктемелік жазба
Тақырыбы: Аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргіштер
Тексерген:
Мазмұны
|
Кіріспе
| |||||||
ҚЖ – 1306 - 331 | |||||||
|
Бет |
Беттер | |||||
3 |
32 | ||||||
Орындаған |
| ||||||
Тексерген |
|||||||
Қабылдаған |
|||||||
Норм.контр |
Электронды жүйелерде аналогты және Цифрлық түрдегі ақпарат бірдей өңделеді. Ceбебi алғашқы физикалық көлем мен процесстер жөніндегі ақпарат аналогты сипатқа ие. Бұл ақпаратты өңдеу үшін оны әрине Цифрлық формада енгізген ыңғайлы. Цифрлық негізде өңделіп алынған нәтижелерді қолдану көп ретте олардың аналогтық түп деректерін қажет етеді. Яғни ақпаратты Цифрлық негізде өңдеу тәсілін қолданатын кез-келген жүйеде аналогтық және Цифрлық сигналдарды өзара алмастыратын құралы болуға тиic. Бұл рөлді аналогты-Цифрлық және Цифрлық -аналогты түрленулер (АЦТ және ЦАТ) атқарады. Аналогты-Цифрлық түрлендіргішi - аналогты физикалық ұзақтық кеңстігінде өзіне тән сан кодтарының эквивалентілігімен үздіксіз алмасып отыруға арналған құрал. Цифрлық-анапогты түрлендіргішi - физикалық ұзақтық бекіткен эквивалентті мәнге ие, кезек-кезек берілген Цифрлық кодтар ұсынған ішкі кеңстік алмастыруға арналған құрал. Анықтамада айтылған аналогты
физикалық ұзақтық ретінде АЦТ және ЦАТ - ны жобалағанда немесе пайдаланғанда туындайтын негізгi мәселе сигналды түп ннгізгі физикалық процесске айналдырған сәттегі адекватгылыққа, яғни түрлендірудің дәлдігіне қатысты. Сол себепті бұл түрлендірілулердің алгоритімдерін оларды орындау кезінде болуы мүмкін қателіктер тұрғысынан қарастырып көрейік. Өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектіні басқару жүйесі құрылымын , бақыланатын шамалар туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкестігі сезгіштер арқылы өңделіп шығарылады да , іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп, аналогтық түрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендіріледі. Сосын олар микропроцессорға беріледі. Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлы-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық түрге айналдырылып, атқарушы механизмдерді басқаратын, тікелей объектіге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға беріледі. | ||
|
Бет | |
4 |
Негізгі бөлім
| |||||||
ҚЖ – 1306 - 331 | |||||||
|
Бет |
Беттер | |||||
5 |
34 | ||||||
Орындаған |
| ||||||
Тексерген |
|||||||
Қабылдаған |
|||||||
Норм.контр |
1. АНАЛОГТЫ-ЦИФРЛЫҚ ЖӘНЕ ЦИФРЛЫҚ-АНАЛОГТЫҚ ТҮРЛЕНДІРГІШТЕР 1.1 Қолданылу мақсаты, негізгi ерекшеліктері мен түрлepi Электронды жүйелерде аналогты және Цифрлық түрдегі ақпарат бірдей өңделеді. Ceбебi алғашқы физикалық көлем мен процесстер жөніндегі ақпарат аналогты сипатқа ие. Бұл ақпаратты өңдеу үшін оны әрине Цифрлық формада енгізген ыңғайлы. Цифрлық негізде өңделіп алынған нәтижелерді қолдану көп ретте олардың аналогтық түп деректерін қажет етеді. Яғни ақпаратты Цифрлық негізде өңдеу тәсілін қолданатын кез-келген жүйеде аналогтық және Цифрлық сигналдарды өзара алмастыратын құралы болуға тиic. Бұл рөлді аналогты-Цифрлық және Цифрлық -аналогты түрленулер (АЦТ және ЦАТ) атқарады. Аналогты-Цифрлық түрлендіргішi - аналогты физикалық ұзақтық кеңстігінде өзіне тән сан кодтарының эквивалентілігімен үздіксіз алмасып отыруға арналған құрал. Цифрлық-анапогты түрлендіргішi - физикалық ұзақтық бекіткен эквивалентті мәнге ие, кезек-кезек берілген Цифрлық кодтар ұсынған ішкі кеңстік алмастыруға арналған құрал. Анықтамада айтылған аналогты
физикалық ұзақтық ретінде АЦТ және ЦАТ - ны жобалағанда немесе пайдаланғанда туындайтын негізгi мәселе сигналды түп ннгізгі физикалық процесске айналдырған сәттегі адекватгылыққа, яғни түрлендірудің дәлдігіне қатысты. Сол себепті бұл түрлендірілулердің алгоритімдерін оларды орындау кезінде болуы мүмкін қателіктер тұрғысынан қарастырып көрейік. Аналогты-цифрлық түрлендіру процессі төмендегідей операциялардың рет-реымен орындалуынан тұрады: сигналды уақыты бойынша дискретизациялау; түпкі аналогты көлемінің деңгейі бойынша дискретті сәт уақытында алынған мәнді квантгау (белгілі деңгейге дейін дөңтелету); кодтау - табылған квантты мән- дерді кейбір цифрлық кодтарымен алмастыру; аталған әрекет-терді 1- суретімен түсіндіріп көрейік. U(t) деген қандай да біp аналогты тәуелділік берілді делік. | |||
Бет | |||
6 | |||
Оның дискрентті эквивалентін анықтау үшін U(nT∂)={U(0), U(T∂), U(2T∂), ...} оны дискреті cәттегi nТд, бүтін сан n=0,1,2,... мәнін сұрыптау қажет. Тд таңдау периоды немесе дискретизация периоды деп аталады, ал процесс алғашқы аналогты U(t) функцияны белгілі дискретті функциямен U (nТд) алмастыру процессі уақыт аралығындағы сигналды дискреттеу деп аталады. U(t) сигналына қатысты алғандағы дискретті функция U(nT∂) аналогты мәнге ие. Cебебi әpтүрлi мәнге ие шексіз сандарды қабылдай алады. 1-сурет. Аналогты-цифрлық
және цифрлық-аналогты Дискреттi функция деңгейінің U(nT∂). Квантті операциясы nT∂ квант деңгейі деп аталатын оның шексіз мәнін шекті мәнге Un алмастыруда жатыр. Бұл операцияны орындау үшін дискретті функцияның барлық динамикалық диапазонын D=U(nT∂)max-U(nT∂)min берілген N санының деңгейіне бөліп, жақын деңгейдегі Un ұзындығына U(nT∂) дейін жуықтайды. h=D/N көлемі кванттау адымы деп аталады. Деңгейі бойынша кванттау операциясының нәтижесі N=1 мәнін қабылдай алатын Un дискретті функциясы болып табылады. Соңғы операцияны орындау үшін (N+1) мәнін бере алатын K={K1, К2...} кодын таңдау керек және әрбip дискретті Un мәніне сәйкесінше К. кодын койып шығу қажет. | |||
Бет | |||
7 | |||
Ең оңайы код ретінде кванттау
деңгейінің реттік номеріне Кодтың мұндай түpiн таңдау
жағдайында U (t) функциясы 1- суретте көрсетілгендей
ондық сандар тізбегімен алмаса алады:
Кn = {0,1,2,3,4,4,5,4,4,3,2,2}, немесе екілік
түрде Кn = {000,001,011,100,100,101,100, Аналитикалық түрде аналогтық-
Кn= []δКn1 (1.1)
Tiк жақшадағы нәтиже жуық бүтін санға дейін дөңгелектенген, δКт -i адымындағы кетуі мүмкін қате. Берілген алгоритмнен көргеніміздей түп функциядан u (t) дискреттіге U (nT∂) және одан әpi квант деңгейі Un көшу кезінде мәліметтің біp бөлігі жоғалады. Кодтау деңгейінде мүндай жоғалулар болмайды. Мәліметтердің жоғалу жағдайын кеңрек қарастырып көрейік. Түп аналогты функция u (t) үндес сигналдардың жиынтық сомасы түрінде, көріне алады делік. Яғни оның жиілік спектрi шектеулі: u(t) =isin(it+i). (1.2) Олай болса, Котельников теоремасының Мәлімет теориясы бойынша дискретизация периоды Т∂ төмендегі шартқа жауап береді:
Тд≤1/2ƒmax . (1.3) Бұл жердегі ƒ max - u(t) түп сигналдың максималды гармоникасының жиілігі. Дискретті мәндер U (nТ∂) түп тәуелділкті u(t) толық, анықтап түр және U (nТ∂) бойынша түп түрін u(t) қалыпқа келтіру мүмкін болтандықтан аналогты функцияның u(t) дискретке U (nТ∂) алмасуы ешқандай түп тәуелділкпен байланыспайды. Яғни шарт орындалатын болса, дискретизация кезеңінде уақыт бойынша еш қате шыкпайды. U (nТ∂) дискретті функциясы деңгейі бойынша кванттау процессі әрқашан да εi болжамды қате енуімен байланысты. Оның мәні теңсіздікпен - h/2≤ εi ≤h/2 анықталады. | |||
Бет | |||
8 | |||
Ei ұзындығы квант шуы деп аталады және Un функцияның мүмкін мәнге ие сандары арқылы, яғни қолданылатын Цифрлық кодгың разрядтылығымен анықталады. Сондықтан да квант шуына негізделген аналогты-Цифрлық түрленудегі қате кету мүмкіндігі шығыс кодының разрядтылығын ұлғайтқан жағдайда ең төменгі деңгейге дейін азая алады. Алайда уақыт бойынша дискретиза- циялаудан айырмашылығы ол қателіктер осы алгоритмге тән болтандықтан құралдың параметрін таңдау арқылы да оларды нөлдік деңгейге жеткізу мүмкін емес. Қарастырылған қателіктер аналогты-Цифрлық түрлену алгоритмінің өзіне негізделген. АЦТ-да бұдан өзге де қателіктер кездесуі мүмкін. Олар қолданылатын элементік базаның кемшіліктеріне, яғни құралдардағы кемшіліктерге байланысты. Цифрлық-аналогты түрлендіру процeci төмендегі операциялардың рет-ретімен орындалуын көздейді: Шығыс М сигналының берілген өзгеру диапазонында α мәндеріне бөлінетін және қалыптасқан әр деңгейге тиісінше К1 коды қойылып UМ дискретті мәнін қалыптастыру. Т1 уақыт аралық интервалымен Кi кодына сәйкес келетін шығыс сигналына шыққан деңгейге сай мән үстеу. Егер a=h және Т1= Т∂ деп алатын болсақ Кn кодының бұдан бұрын алынған цифрлық-аналогтық нәтижені Un баспалдақты функциясы болмақ. Бұл функция квант шуының әрекетімен түсіндірілетін болжалды қате нәтиженің салдарынан уақыт бойынша шексіз болғанымен деңгей бойынша дискретті. Цифрлық-аналогтық түрлену
өздігінен қате тудырмайды, тек аналогты-цифрлық
түрлендіруден туындаған ЦАТ-ның математикалық алгоритмін былайша өрнектеуге болады: Uni=αKni+δUni, δUni - i адымындағы түрлендірудің кемшіліктері. Жоғарыда айтылғанды қорытындылай келе, алгоритм жұмысынан туындайтын қате АЦТ кезінде пайда болады, оны азайту кванттау адымы h пен Тд искретизация кезеңінің азаюын қажет етеді. ЦАТ мен АЦТ классификациялаудың бірнеше белгілеpi бар. Төменде солардың жиі ұшырасатын түрлеріне тоқталмакпыз. Түрлендіру әдіci түрғысынан алғанда ЦАТ екі класка бөлінеді: бip эталонды бірнеше рет жүзеге асырып жинақтайтын әдіс құралы. | |||
Бет | |||
9 | |||
Біріншi класты ЦАТ жұмыс барысында ішкі бірлік кодының мәнімен анықталатын жалғыз эталонды пайдаланады. Код ЦАТ-ға ілеспелi түрде беріледі. Екіншi классты ЦАТ-ның кipic код разрядтарына тең эталондары бар. Бұл эталондардың мәні пайдаланатын код коэфициентінің салмағына пара пар. Мұндай ЦАТ-ға кipic код параллельдi түрде беріледі. Қазіргі таңда ЦАТ-ның екінші классты түpi ғана қолданыста жүргенін атап өткен жөн. ЦАТ-ның интегралды сұлбалары функционалды аякталған, яғни өз жұмысына қосымша элемент қажетсінбейтін және функционалды аякталмаған деп бөлінеді. Соңғы жағдайда ішкi элемент ретінде әдетте эталон қуат көзi, операциялық күшейткіш, регистр т.б. қолданылады. Шығыс эталон қуат көзін пайдалану ЦАТ-ны екі топқа бөледі: еселенетін - уақытқа сай өзгеретін эталон сигнал көзімен жұмыс істейтін және еселенбейтін - барлық уақыт аралығында тұрақты болатын эталон сигналыньң көзімен жұмыс істейтін. Барлық АЦТ қайта өңдеу әдісі. тұрғысынан алғанда: тізбектелген санау әдісін атқарушы құралдар және разрядты кодтау әдісін атқарушы құралдар, санау әдісін атқарушы құралдар болып бөлінеді. Тізбектелген санау әдісімен жұмыс істейтін АЦТ-лар жиынтығы бірдей эталондардың ішкі аналогтық көлемін теңестіреді. Теңестіру сәті салыстырушы құралмен бектіледі. АЦТ осылайша кезекті бірлік кодын қалыптастырады. Бұдан api бұл код қажеті кез- келген түрге алмасады. Разрядты кодтау әдісі бойынша жұмыс істейтін АЦТ бірнеше эталонды пайдаланады. Олардың саны разряд сандарына тең, ал мәнi шығыс позициялық код коэфициентінің салмағына пара-пар. Әpбip эталон ішкi көлемді өлшеушімен салыстырылады. Салыстыру процессі максималды мәнге ие эталоннан басталады. Осы салыстырудың нәтижесіне орай шығыс кодтың үлкен разрядының саны шығады. Егер эталон ішкi көлемнен үлкен болса, үлкен разрядта нөлдік мән қалыптасып, қалған ең ipi эталонның ішкi көлемімен салыстырылады. Егер максималды эталон ішкi көлемнен кішi болса, шығыс кодтың үлкен разрядында 1 лог. сигналы қалыптасып, максималды эталон мен ішкi көлемнің айырмашылық сигналы салыстырылады. өзге эталондар үшін де осы әрекеттер пайдаланылады. Санау әдісі бойынша жұмыс істейтін АЦТ N эталонын (N кванттау дeнгeйiнiң саны) пайдаланады. Бұл орайда кішi эталон h-қа (квантгау адымына), келecici 2h-қа және т.с.с. тең. Iшкi көлем apбip эталонмен құрылғысы бойьшша салыстырылады. | |||
Бет | |||
10 | |||
Нәтижесінде құрылғының шығысында шығыс сигналы кipic сигналынан аз, бірлік саны эталон бірлігіне тең параллель бірлік коды қалыптасады. 1.2 Негізгі сипаттамалар ЦАТ мен АЦТ-ның негізгі электерлік сипаттамаларын қарастырайық. Олар түрлендірудің соңғы нүктесін бекітетін статикалық және берілген класс қүрылғысының жылдамдығын сипаттайттын динамикалық болып бөлінеді. Түрлендірулердің Разряд саны (в) - АЦТ шығысында қалыптасатын немесе ЦАТ- ға берілетін шығыс аналог үзақтығын бейнелейтін код разрядтарының саны. Екілік кодьга пайдаланған кезде в деп АЦТ шығысында немесе ЦАТ кірісіндегі код комбинацияларының максималды санынын екілік логарифмін түсінеді. Абсолютті шешім қабылеті - кодтың бірлікке қатысты алғандағы үлғаюы немесе кішіреюіе байланысты ЦАТ (а) шығысындағы сигналдың минималды өзгеруінің орташа мәні немесе АЦТ (т) нын кіріс сигнальшың минималды өзгеруі. Абсолютті шешім қабілетінің мәні осы класқа тән барлық қүрылғылардьщ статистикалық сипаттамаларьшың өлшеуіші болып кіші разряд (КР) немесе кіші разряд бірлігі (КРБ) деп аталады. Шкаланың соңгы нүктесіндегі
түрлендірудің абсолютті Дәл осылайша ЦАТ үшін де ішкі максималды код берілгенде Ііоклтах куаты 6Ғ, келеміндей артық болатынын көрсетеді. Әдетте δFs КБ мен өлшенеді. Техникалық әдебиеттерде δFs ті мултипликатты болуы мүмкін қате деп те атайды. U0 нөлдік өзгеріс қысымы АЦТ үшін бүл - нөлдік шығыс кодты алу үшін сыртқа орнатылатын (Uвхo) қысым. ЦАТ үшін бұл - ішкі нөлдік кодты бергенде сыртта орнтылатын (Uвхo) қысым. Әдетте U0көлемі КРБмен өрнектеледі.
| |||
Бет | |||
11 | |||
Сурет 2 - АЦТ құрудың идеалды (1) Сурет 3 - ЦАТ идеалды (1) және Өткізудің накты (2) варианттарының накты (2) варианттарының сипаттамасы сипаттамасы
Сызықсыздық (δL) - келісілген тузуден турлендфудің негізгі сипаттамасының ауытқуы, ягни құрылымның мінсіз сипаттама жағдайында осы кодка сәйкес келуі тиісті алынған код пен кысым мәндерінің нeгізгi қысымнан айырмашылығы (2-сурет). ЦАТ үшін бұл қысы көрсетілген сипаттамалардың орталык басқыштарына қатысты өлшенеді (3- сурет). Келісілген сызьқтық сипаттама ретінде OUmax нуктесі арқылы жүргізлген түзуді немесе δL минимизациясын қамтамасыз ететін түзуді пайдаланады. Мысалы, негізгі сипаттамадан минималды барлық нүктелерден алшақ ортақ квадратты ауытқыма. δL ұзындығын КРБ мен (δL = δ’L/h) немесе пайызбен (δL --100 δ’L/Umax) өлшенеді. δ’L - ретсіздіктің абсолют мәні. Әдеби аныктамаларда әдетге δL-дің максималды ең жоғары ұзындығы беріледі. Дифференциалды сызықсыздқ (δL∂). Hегізгi квант адымының δ’L орта мәнінен ауытқуы (h). δL Д көлемі КРБ мен [δL = ( δ’L-h)/h] немесе пайызбен δL Д = (δ’LД - h) 100/Umax өлшенеді. | |||
Бет | |||
12 | |||
АЦТ мен ЦАТ- ның динамикалық қасиеттерін төмендегі параметрлермен суреттейді:
Түрленудің максималды жиілігл (Fmax) - бекітілген нормаға сейкес берілген параметрлерді дискреттеудің ең үлкен жиілігі. Шығыс сигналды бекту уақыты (ts) - ЦАТ кірісіндегі кодтың өзгеру уақыты мен шығыс аналогтық сигналдьң бектілген мәнге қатысты симметриялы орналасқан кеңістік аумағына тұтастай ену уақыты аралығындағы интервал. Әдетте бұл аумак кеңдігі 1 КБР ге тең (23.4. сурет). ts уақытты есептеу шығыс сигналдың логикалық мәнінің жартысын қабылдағаннан басталады. ts мәні fcmax егер fcmax ≤ 1/2 ts шартымен байланысты. ACT үшін бұндай параметрді түрлендіру уақыты (ts) деп атайды.
Әр түрлі этанолды жинақтау әдісімен жұмыс істейтін ЦАТ кұру кезінде эталон ретінде қысым көзін немесе тоқты пайдалануға болады. Тәжірибеде эталонды тоқ кезі бар кестелер жиі қолданылады. Сол ceбeптi осы типьегі құрылғы түрінің жұмысына кеңірек тоқталамыз. 12.5 а суретте тоқты жинақтау әдісімен жұмыс істейтін ЦАТ құрылысы көрсетілген. Бұл құрылғыда в тоқ көзі (ішкі позициялық X кодты разрядтар санына тең) және аталған код разрядтарын в басқаратын S кілті бар. | |||
Бет | |||
13 | |||
Егер i разрядты кіріс X кодта лог сигналы болса L (xi = l), Si кілті RH жyктeмeciнe қарсы тиісінше I0 2i тоқ көзі эталонын қосады. Әйтпеген жағдайда Si кілті тіисінше тоқ көзін жауып, I0 2i тоғы жуктеме арқылы таралмайды. 5-сурет
Тоқтар жинағындағы ЦАТ- тың құрылымдық сызбасы (а) жене өлшенген резисторлар матрицасын қолдану арқылы оны жүзеге асыру Нәтижесінде RH тоқ резситоры
IORNI01X1 (1.5)
Kipic код мәніне пропорционал болады. | |||
Бет | |||
14 | |||
Rn = const жағдайындаUORN = RHIORN сулбасының сыртқы жуктемесі кipic кодқа пропорционал. Kipic кодқа пропорционал жуктемені
алу үшін тәжірибеде «а», «Ь» шығарылымдарына операциялық (5. сурет). 8 тарауда айтылғандай
ОК ішнде қуат әрқашан нөлге
тең. Сондықтан қарастырып
IORN — UORN/ROOC (1.6)
шығатыны, яғни ОК-нің сыртқы жуктемесі САТ-ның шығыс тоғына Rooc прапорционал және ОК ның шығыс қуатының кедергісіне тәуелді емес. АЖ сериясымен шығарылатын САТ-лардың көпшілгі осы принциппен жұмыс істейді Олардың басты айырмашылығы разряд тоқтарын алу әдici мен схемотехниканы пайдалануында. 102' тоқ қуатының эталонын алудың ең оңай жол – кедергісі кipic код коэффициенті салмағына прапорционал бірнеше резисторларды Urej- қуат көзіне қосу (5. сурет). Мұндай резисторлар өлшеушілер деп аталады. Ceбебі ОК үшін Ua=Ub=0 болғандықтан резисторлардағы тоқ ондағы кедергілерге кepi прапорционалды болады Ii = UREF2i /R = 102' бұл жерде 10= UREF /R. Разряд тоқтарын қалыптастыруға пайдаланатын өлшеуші резисторлардағы кедергілердің ауқымды өзгеруі мұндай шешімнің кемшілігі саналады. Түрлендіру дәл болуы үшін резисторлардағы кедергілердің абсолют мәні прецизионды дәлдікпен ұсталуы қажет. Мысалы, 12 разрядты ЦАТ үшін разрядты резисторлардың кедергісі 211 = 2048 есе ерекшеленуі тиіс. Технологиялық тұрғыдан алғанда бұл өте қиын. Сол себепті эталонды тоқ алу үшін R жене 2R екі номиналды резисторларда орындалған резестивті R-2R матрицаларын жиі пайдаланады. Мысалы ретінде 6 кестеде көрсетілген R = 2R матрицалы 4 разрядты САА ны қарастырайық кестеде R-2R матрица, VT31..., VT0.i. МДП - транзисторларынз жалғанған S3,...S0 төрт кіліт, DD3, ....DD0 төрт инвертор және Х3...Х0 кipic кодты разряд сигналы беріледі ал R-2R матрицасына Uref эталон көзінен қуат құйылады. Әуелі R-2R матрицасының жұмысын қарастырайық. Ыңғайлық болуы үшін ЦАТ- ға нөлдік код (0000) беріледі деп ұйғарайық. Сол кезде DD3...DD0 инверторлардың шығыс сигналдарымен VT3.2,... VT0.2 транзисторлары S3, ...SO кілттері және 2R резисторлы матрицалардың барлық шығыстары ортақ шинаға қосылады. | |||
Бет | |||
15 | |||
1.6-сурет. R-2R матрицалы ЦАТ- тың құрылымдық сызбасы R-2R матрицасьшың жұмысы сұлбаның сыртқы бөлігінің кез- келген кедергісінде R-2R бүтін сандары бар буындарындағы паралелль қосылған бөліктермен анықталады. Жоғарыда аййталғандарға сәйкес, «d» бұрышына қатысты өлшенген матрицаның шығыс кедергісі1 R-гe тең және матрицаның Ure∫ көзінен алынатын тоқ I∑
= Uref/R. Ceбебі «d» нүктесіне қосылған матрица тармақтарының кедергісі тең, яғни Iε= I∑/2=UREF/2R. «С» бұрышына құйылатын 13 тоқ та тең жарылады, яғни I2 = I3/2= Uref.'2*2R және т.б. Келтірілген анализден S3...S0 кілттеpi арқылы өтетін тоқ ағынының мәні екілік код коэффиценпмен пропорционал. Егер кейбір инверторлардың шығысына 1 лог. сигналы берілсе, тиісінше Si кілттерінде VTi транзисторлары қосылған және берілген разрядтардыц коэффициентіне пропорционал тоқтар ОК нің инвертирлеуші бөлінген құйылады. Суперпозиция принципі бойынша бұл жағдайда ОК нің iшкi тоғы үшін (1.5) өрнегі дұрыс, ал күшейткштің шығыс қуаты үшін (1.6) өрнегi дәл. 1.6 cypeттгi сұлба шығысында қалыптасатын қысымды анықтайды Оған 1111 коды берілген. 1.5 және 1.7 ескере отырып, 1.6 суреттен шығады. | |||
Бет | |||
16 | |||
UORNmax=UREF(+=UREF Жақшадағы өрнек геометриялық прогрессияны беретіндіктен былай жазуға болады: UORNmax=UREF (1-1/2b). Алынған өрнектен қарастырып
отырған ЦАТ түріндегі ∆UORN=UREF . (1.8) Бұл R-2R матрицасының соңғы бөліктеріндегі 10 тоғын құраушысы ОК- ға енер алдында құрылғының жалпы шинасында іркіледі. ∆Uorn көлемі 1 РБК-ға тең. Яғни, CAT ныц максималды | шығыс қуаты абсолюты шешім мүмкіндігінің көлемінен эталон қуат көзі кіші. АЖ түріндегі құрылғыны қарастырғанда одан ОК мен эталон қуатының көзін Uref алып тастайды. Бұл құрылғының функционалды. Мүмкіндіктерін молайтады. Мысалы, егер Uref аталған зандылық бойынша өзгерсе, бұл кесте еселенетін түрлендіру ретінде қолданыла алады. Құрылғы параметрлерінің дәлдігі мен тұрақтылығы көп ретте резисторларының кедергілерінің дәл әpi тұрақты жұмыс icтeyінe байланысты. Әдетте Rooc/R=l шарты сақталады. Сол себепті Rooc=R резисторы АЖ құрамына кіреді. Сұлбада барлық резисторлар кристал осіне бағытталған геометриялық өлшемдері бірдей түрде орындалған. Резистор үшін өзіндк кедергісінің тұрақтылығы жоғары поликремний пленкасын пайдаланады. Сыртқы параметрлердің кемшілігі де Si кілті тоқ транзистрлеріндегі қуаттың түсуіне байланысты. Кемшілікті түзету үшін транзистор аумағынан пропорционалды тоқ өткізеді. Осылайша барлық разрядты тоқ кіліттеріндегі қуаттың түcyi теңеледі. Разряд санын көбейткенде R-2R матрицасындағы жұмыс тоғы азайып, қолданылатын элементтердің өзіне тән шуына сәйкестенеді. Мәселен, 12 разрядты CAT үшін үлкен жене кіші разрядты тоқтың қатысы 211=2048 деңгейінде шектеледі. Ал кіші разрядты CAT ның тоғы ондық, жүздік микроампер деңгейінде қалып, түрленудің қажетті дәлдігін бермейді. Мәселені бұдан бұрын
жан-жақты қарастырған | |||
Бет | |||
17 | |||
1.7-сурет. ЦАТ-ң шығыс
сигналдарының салмақтық
Құрылғы үш 4 разрядты CAT -дан түрады. Бұл жағдайда кедергі өзгерici 8-ге тең тоқ қалыптастыру үшін R-2R матрицасын (12.6 сурет) немесе аспалы резисторлар қолдануға болады. CAT ның бірінші кодына кipic кодтың үлкен разрядтары (Х11... X8), екіншісінe орта разрядтар (Х7,... Х4), ал үшіншісіне кiшi код разрядтары (Х3 …Хо) енеді. CAT' ның үлкен разрядтарының шығыс сигналы сыртқа тікелей беріледі. Ал орта және кішi разрядты сигналдар 1/16 және 1/128 коэффициенті бар тоқ ажыратушылары (R1 , R3 және R2, R4) арқылы тасымалданады. Осылайша аталған құрылымдық сұлбаны пайдапанған кезде коэффициенттік бөліндісі үлкен екі ажыратқыш қана бар. Шынайы сұлбаларда бұл коэффициенттердің дәлдігі тиісті резисторлардың лазерлі бақылауымен қамтамасыз етіледі.
Тізбектей есептейтін eceптегіші бар АЦТ жұмысын 1.8. суретте керсетілген сұлба негізінде қарастырамыз. Құрылымның 2И DD1 элементінің бірінші шығысында жалғанған ырғақты импульс генераторы (ЫИГ) 2И эдементінің шығысына DD2 есептегішінің шығысына қосылған. | |||
Бет | |||
18 | |||
Сыртқы разрядтаушылар CAT ға тіркелген. CAT шығысы DA гистерезистерсіз компаратордың инвертирленетін шығысына қосылған. Оның инвертирленбейтін шығысына кодқа айналатын шығыс қуат көзі қосылған. Комапаратор 2И DD1 екінші ішкi элемент арқылы сыртқа шығады. АЦТ төмендегіше жұмыс істейді. Бастапқы кезде DD2 нөлдік есептегішке белсенді логикалық сигналдар беріледі. Есептегіш құрал қалыпты күйде. Оның шығыс коды нөлге тең. САА ның шығыс қуаты да нөлге тең. Сол себепті, егер Uіш >0, компаратор шығысында 1 лог. сигналы бар және ЫИГ ның ырғақты импульстары 2ЖӘНЕ DD1 элементтері арқылы есептегіштің С кірісінe түседі. Алайда шығыс сигналы R=0 болғандықтан, есептегіштің шығыс коды Х=0. Түрлендіру кipic R активті логикалық сигналды түcipy сәтінен басталады («Баста» импульсі). ЫИГ дан келетін әpбip ырғақты импульс сайын есепетегіш инкремент операциясын орындайды. Оның шығыс коды үлғая түседі. Тиісіншe шығыс қуаты да (1.9 ) өседі. Бұл процесс CAT шығыс қуаты Uіш көлемінен асып түскенше жалғасады. Осы сәтте DA компараторы 0 лог шығыс сигналды қалыптастырады. Нәтижесінде 2ЖӘНЕ DD1 элементінде де 0 лог. сигналы пайда болып, есептегіштің шығыс кодының ұлғаюы тоқтайды. 1.8-сурет. Тізбектей есептегіш 1.9-сурет. Циклдік АЦТ-ның циклдік АЦТ-ның құрылымдық сұлбасы компораторының кіріс құатының | |||
Бет | |||
19 | |||
Бұл жағдайда есептегіштің шығыс кодының мәні Uіш кipic қуатқа тура пропорционалды, ал пайдаланған САА - ның абсолютті шешім мүмкіндігіне кepi пропорционал болады.
Nшығ=Uкір/α (1.9)
CAT ның шығыс қуаты баспалдақты функция түрінде болғандықтан табылған Nвых қуаты Uвх мәнінен асатын U, бipiншi деңгейінің санына қарай бүтін санға дейін дөңгеленуі қажет. Түрлндіру циклін қайталау үшін «Баста» импульсі арқылы есептегішті нөлге қою керек. Қарастырып отырған АЦТ- ның түрлендіру уақыты шығыс кодына және ЫИГның импульстерінің iлecпeлi периодына (Тггн) тікелей пропорционал.
Tc =TТИГ Nшығ = TТИГUкір/α (1.10)
Қарастырған режим жұмысы циклді деп аталады, өйткет «Баста» импульсі әрқашан DD2 есептегішін түcipiп отырады да, түрлендіру нөлден басталып отырады. Егер АЦТ да реверсивті есептегішті қолдансақ, үлкен жылдамдықта жұмыс істейтін циклсіз режимді жүзеге асыруға болады. Бұл жағдайда есептегіштің сыртында кipic қуаттың ағымдағы мәніне пропорционал код тұрады. Циклсіз жұмысты сипатгайтын АЦТның құрылысы 1.10. суретте көрсетілген. Циклді режимдегі АЦТ ға қарағанда бұл кестеге қосымша DD4 инверторы және 2ЖӘНЕ DD3 элементі қосылған. Кестенің бастапқы қалпы циклді ACT ға ұқсас DD2 есептегіші түсіріледі САТ-ң шығыс қуаты UORN = 0 және DD2 есептегішінің «+1» шығысына ЫИГ шығыс импульстері кезекпен түciп отыр. | |||
Бет | |||
20 |
1.10-сурет. Циклдік емес АЦТ-ң құрылымдық сызбасы 1.11-сурет. Циклдік емес
АЦТ-ң компораторының кіріс R есептегішінен белсенді логикалық деңгейді алып тастағанда оның шығыс коды ұлғая түседі. CAT ның шығыс қуаты да ұлғая түседі. Бұл процесс UORN > UBX болғандағы ti (12.11- сурет) сәтіне дейін жалғасады. DA компараторының іске қосылуы 2ЖӘНЕ DD1 элементінде DD2 есептегішінің «+1» кipici үшін пассив сигнал қалыптасады. Осы уакытта DD4 инверторы DD3 элементінің төменгі кірісінде 1 лог. сигнал жасайды. | |||||
Бет | |||||
21 | |||||
есептегішінің «-1» кipiciнe ЫИГ импульстары түседі. Сонымен қатар есептегіш дискремент операциясын орындап оның шығыс коды азая бастайды. CAT -ң қуаты да азаяды. UBX > UORN теңсіздігі бұзылған сәтте DA компараторының кезекті қосылуы басталып, есептегіш өзінің шығыс кодын ұлғайтады. Осылайшы, «Баста» импулсі келгеннен t1 сәтіне дейін қарастырған АЦТ- ның eкeyi қатар жұмыс icтeйді. Алайда t1 ден соң циклсіз АЦТ -ның шығыс коды ішкі қуатты бақылауда ұстағандықтан оның түрлендіру уақытын түсіреді. Қарастырған екі сұлбаның де кемшілгі tj интервалының ұзақтығына негізделеді. Бұл уақытта есептегіштің шығыс коды ішкі қуатқа тең мәнге ие боуы керек. Дәлдіктің ұлгаюы есептегіштің және CAT разрядтылығының да ұлғаюына әкелеі және қурылғы жұмысының жылдамдығын бәсеңдетеді. АСТ-ның аталған түрі АЖ жобалауда қолданылмайды.
АСТ-ның аталған тізбектей жақындалған АЦТ немесе разрядты теңелген ACT деп те айтайды. Оның жұмысын 1.12. суретте керсетілген шағын құрылым сұлба негізінде түсіндірейік. Құрылғының ең негізгі бөлігі тізбектi жуьқтау peгиcтрi (ТЖР) деп аталады. Оның жұмыс алгоритмі төмендегідей. ЫИГ- ның әpбip импульсі бойынша үлкен ТЖР үлкен разрядтан бастап тізбектей Q шығысында 1 лог. сигналын жасайды. Ол компаратор шығысынан оның басқарма кipiciнe түсуіне байланысты тұрақты болады немесе О лог. сигналымен алмасады. | |||||
Бет | |||||
22 | |||||
1.12-сурет. АЦТ-ң разряд бойынша кодтаудың құрылымдық сұлбасы 1.13-сурет. АЦТ-н разряд
бойынша кодтау жұмысының
АЦТ жұмысын 1.13. суретте келтірлген уақыт диаграммасында қарастырайық. T0 сәтінде «Баста» сигналы бойынша DD3.1. ... DD3.n R5 триггерлерінде орындалған ТЖР сыртқы статикалық регистрге тек Qn үлкен разрядты бірлігi бар код қана жазылады. Осы код ЦАТ көмегімен UORN қуатына айналып, DA компараторына кipe берісте құрылғының ішкi қуатымен салыстырылады. Егер UORN > UKip болса комапаратор шығысында бірлік сигнал қалыптасады, егер UORN > UKip болса нөлдік сигнал болады. «Баста» сигналы ТЖР DD1 қозғалмалы регистірінің Q0 кіші разрядына ЫИГ бойынша 1 лог. сигналын жазады. Бұл сигнал 2 ЖӘНЕ DD2 элементтеріндегі логикалық кілттерді босатып, DD3, R триггерінің iшінe компаротордың шығыс сигналы беріледі. Егер Uorn >UKip болса DD3.1 триггері түсіп, ТЖР сыртында нөлдік код қалыптасады. Kepi жағдайда (UORN > UKip) DD3.1 триггері бекітіліп, ТЖР сыртындағы үлкен разрядта бірлік коды сакталады. ЫИГ-нің келесі фронты сол жақтағы DD1 ге жазылған кодты жылжытады. Нәтижесінде лог. 1 сигналы оның біріншi (Q1) разрядына ауысып, DD3.2 триггерін бекітеді ТЖР сыртында Qn-1 разрядты бірлігi бар код қалыптасады, ал CAT шығысындағы қуаттың мәні Uorn -ге тең. Бұл қуат сондай-ақ UKip пен салыстырылады. Лог. 1 сигналы DD1 регистрінің Q шығысында ғана болғандықтан DA компараторының шығыс сигналы DD3.2 триггерінің R кipiciнe ғана әсер етеді. Бұл жағдайда егер UORN2 > UKip болса, DD3.2 түседі. Ал егер UORN2 > UKip болса триггер бекітілген қалпын сақтайды. | |||||
Бет | |||||
23 | |||||
ЫИГ-нің келесі импульсі DD1, солға жазылған кодты жылжытып 1 лог. сигналы DD1 регистрінің Qn үлкен разрядына жеткенше қайталанады. Бұл жағдайда ЫИГ импульсі бойынша DD1 регистрі нөл болып, түрлену процесі аяқталады. Шығыс кодының іздеген мәнi ТЖР шығысынан есептеледі. Келтірілген алгоритммен
түрленуді ақтау үшін қажет импульстардың
саны АЦТ-ның шығыс кодының tc - bТтиг (1.11) Байқағанымыздай, ішкi қуатқа тәуелді емес және тізбектей есептеу АЦТ-ға айналу үшін қажеті уақыт аз жұмсалады. Қарапайымдылығы мен жылдамдығына байланысты АЦТ ның аталған түpi АЖ жобалауда кеңінен қолданылады.
АЦТ- ның аталған типі тікелей есептеу әдісін атқарып, жылдамдығы жөнінен біріншi болып тұр.1.14. суретте құрьшғының жұмысы суреттелген. Құрылғыда бірікккен инвертирленген кірісінe кipic түрлену сигналы берілетін 2Ь-1 К компараторы бар. Комапараторлардың инвертирленбеген кipicтepiнe Un кванттау деңгейлеріне тең қуат беріледі. Нәтижесінде компаратордың шығысынан параллельді N разрядты бірлік коды түciп қалады. Ондағы бірлік саны UKip мәнінің кішi көлемдегі кванттау деңгейінің санына тең. Алынған бірлік коды түрлену кодына (АК) Tүсіп, b=lg2N санды разрядпен eкігe айналады. АК-дан соң екілік код 2ЖЭНЕ элементіндегі логикалық кілт арқылы статикалық регисторға беріледi де соның шығысында есептеледі. АК кодының статикалық регистрге қайта жазылуы «Жазу» сигналы бойынша жүргізіледі. Бұл сигнал сұлбаға компаратор мен екілік кодтың алынуына байланысты ауыспалы процесиер аякталған соң беріледі. | |||||
Бет | |||||
24 | |||||
1.14-сурет. Пapaллeльдiк АЦТ-4 структуралық сұлбасы
Кестедегі кванттау деңгейіне тең қуат алу үшін Uref эталон қуатының көзіне қосылған бірдей N регисторлы қуат ажыратушылары пайдаланған. Аталған АЦТ- да барлық разряд бойынша бір уақытта шығыс кодтың қалыптасуы жылдам жұмыс icтеуінe мүмкіндік береді. Аталған АЦТ түрінің жұмыс icтey дәлдігі әрқашан да көптеген аппарат шығындарымен байланысты. Мәселен, 8-разрядта АЦТ кipy үшін 255 копаратор қажет. Мұндай АЖдегі АЦТ-ларда элементтердің жалпы саны 3*104-ке тең. Ал тұтыну қуаты 2,5 ВТ. Тәжірибеде жылдам жұмыс icтey мен сұлба күрделігі арасындағы мәселе АЦТ паралелльді-тізбектелген сұлбаларда шешіледі. Оның жұмыс icтey принципі АЦТ-ға бірнешe жеке топты бөлуге негізделген. Мысалы, екі құрылым болса, біріншісі шығыс кодының үлкен разрядтарын қалыптастырып жартылай түрлендіру жасайды. Екіншіci, шығыс кодының кішi разрядтарын қалыптастырады. Мұндай шешім күрделі жағдайда АЦТ-ның сыртқы разрядтары- ның санын 10...12-ге дейін ұлгайтуға мүмкіндік береді. Параллельді АЦТ түріндегі түрленудің нақты уақыты 10....20нс. | |||||
Бет | |||||
25 | |||||
Екілік интегралдау бар аналогты-цифрлық түрлендіргіштер тізбектей есептеу әдіci бойынша жұмыс атқаратын құрылғыларға жатады. Алайда бұдан бұрын қарастырған құрылғыларға қарағанда олар аса жұмыс icтeyi жылдамдығымен және кедергілерден қорғалғандығымен ерекшеленеді. Бұны былайша түсіндіруге болады. Кез келген ақпараттық сигнал U6 периодғы уақыт аралығында өзімен біргe кедергіні тасып жүреді. Ол қуат көзінен келген бағыттаушалыр немесе элементтің өзіндік шуы т.б. болуы мүмкін.
Uc =Uақп+∑Uкедsin2πt/Tп.
Тікелей түрлендіру кезінде Uc дискретті уақытта орын алады. Сондықтан да шығыс коды UИНФ ға емес көп сәттік Uc мәндеріне тең. Егер түрлендіру кезінде Uc мәнін интеградаса нәтижесі сигналдың ақпараттық мәнінe тең болады.
UC(t)dt = Uақп nTп .
Екі интегралдауы бар АЦТ -да осы тәсіл қолданылады. Оны қолдану идеясы төмендегідей. Әуелi белгілі бір бекітілген t1 уақытында кipic сигнал аналогпен түрлендіруге түседі. Бұл интервалды Ua тұрақты болғандықтан, ал t=0 болса, шығыс қуаты нөлге теңеледі. Осы сәтті t1 үшін былай өрнектейміз:
U1 =cdt = Uақп t1/RC
Бұдан әpi интегратордың кipe берiciнe эталон қуатын (UREF) қосады. Оның полярлығы Ua қуатына қарама қарсы. Эталон қуатына оның шығыс қысымы нөлге теңелгенше интеграция жасайды. Оны былай керсетеміз:
Uинт = U1= REFdt = - = 0.
Уақыт интервалын есептей келе ∆t=t2- t1 мынандай шешімгe келеміз: | |||||
Бет | |||||
26 | |||||
∆t=Uақпt1/UREF.
Бұдан ∆t өзінің параметрлеріне тәуелді емес деген қорытынды шығады. Яғни біз оны эталон қуаты мен шығыс сигналдың интегрирленген уақыты арқылы табамыз. ∆t интервалы уақытындағы белгілі бip ырғақ жиiлiгiн fы санасақ, алынған код ішкi қуатқа прапорционалды болады. (23.12.)ге орай барлық кедергілер түзетіліп, шығыс М коды Uақп ға пропорционал болады:
М = Uақп t1 fr/ UREF. (1.15)
Егер | UREF | > | Uақп | шартын орындасақ, t1 интервалы ∆t интервалынан үлкен болады.
t1=2b/ƒt
(23.16) дағы t1 мәнін қойып, мына нәтижеге қол жеткіземіз:
М = 2b Uақп/ UREF (1.16)
1.15-сурет. Қос біріктірулі АЦТ-ның құрлымдық сызбасы. | |||||
Бет | |||||
27 |
Есеп бөлімі
| |||||||
ҚЖ – 1306- 331 | |||||||
|
Бет |
Беттер | |||||
28 |
32 | ||||||
Орындаған |
| ||||||
Тексерген |
|||||||
Қабылдаған |
|||||||
Норм.контр |
|||||||
Осы күнге дейін АЖ де бір-бірінен функционалдық құрамы. бағытталуы, электрленуі мен құрылымы және өзге де қасиеттерімен ерекшеленетін АЦТ жасап шығарылды. Бұл құрылғының мұншалықты көп түрінің болуы оған қойылатын әртурлі талаптарға байланысты. Өкінішке орай, осы уақытқа дейін осы қасиеттің барлығын бip ғана техникалық шешіммен жүзеге асыру мүмкін болмай отыр. АЦТ -ң қолданылу аймағы және қойылатын негізгі талаптар
1.1-суретте мысал ретінде
АЦТ ның типті қолданылу аясы
көрсетілген. Аталған 1.2-кестеде жоғарыда Құрылғылар, үшін екілік интегрирлену әдісі қолайлы. Орташа жылдамдықта және дәлдікте жұмыс істейтіндер үшін разрядты теңестіру әдісі қолданылады. Паралелльді түрлендіру әдіci бойынша жұмыс істейтін АЦТ-р ең жылдам болып саналады. Өкінішке орай, жылдам жұмыс істейтін құрылғылардан дәлме дәл нәтиже алy әлi күнге дейін мүмкін болмай отыр. Әр түрлі типті АЦТ-лардың орташа параметрлері 2-кесте.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Бет | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
29 |
Информация о работе Аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргіштер