Параллельный АЦП с возможностью каскадирования.
| [ · Скачать удаленно (231 кБ) ] | 16.06.2015, 13:07 |
«Конструктор Трурль построил однажды мыслящую машину — восьмиэтажную; окончив самую важную работу, он покрыл машину белым лаком, наугольники покрасил в лиловый цвет, пригляделся потом издали и добавил ещё небольшой узорчик на фасаде» - так начинается один из рассказов Станислава Лема из цикла «Кибериада», что являлось в то время обычным случаем в соответствии с возможностями элементной базы 1964 года. А вот как он описывает изготовление электронного адвоката - «Пришел он к себе домой, всыпал в бочку транзисторы — шесть половников с верхом, да столько же сопротивлений и конденсаторов, залил электролитом, накрыл доской, привалил камнем ...». Тогда никто и не подозревал, что через несколько десятков лет электронику будут делать из «черных ящиков», содержимое которых абсолютно никого волновать не будет, пусть оно стократно избыточное, а всех будут волновать только гарантируемые изготовителем спецификации и параметры. Преодолев путь от стоек с лампами до современных сотовых телефонов с Гигабайтами памяти, цифровая техника на полной скорости прямо таки «затоптала» аналоговую электронику. И мы все чаще и чаще замечаем присутствие на свалках аудио, видеомагнитофоны и их кассеты с магнитной лентой. Сегодняшний молниеносный триумф цифровых устройств над аналоговой техникой в значительной степени связан с такими устройствами, как преобразователи сигнала из аналогового вида в цифровой и обратно или сокращенно АЦП и ЦАП. Все привыкли и спокойно воспринимают необходимость тактовой частоты для работы АЦП, а тем не менее с точки зрения конструктора уровня 1964 года это такая досадная штука в виде отдельного тяжелого блока, который надо обслуживать и т.д. Кстати оказалось, что преобразовывать из аналогового вида в цифровой гораздо сложнее и медленнее, чем из цифрового в аналоговый. Цифровое значение, равное значению аналогового сигнала оказывается надо поэтапно подбирать и в течении всего времени преобразования постоянно сравнивать с входным значением, проверяя его правильность. На первый взгляд это неравенство между типами преобразований кажется несуразным. Я не раз отмечал данное обстоятельство, а когда в голову пришла одна идея, в очередной раз понял, что на такие факты нельзя не обращать внимания. Не важно, что потом выяснилось, что я не первый. Об этом, когда проблема легко решается путем невероятных аппаратных затрат, но без проблем умещающихся к примеру в 20-ти выводном DIP-корпусе, я и хотел бы написать. Предлагается АЦП (рис. 1), состоящий из буферного усилителя BF входного аналогового сигнала со входа AIN, сигнал с которого подается на положительные входы аналоговых компараторов A1-An. На отрицательные входы этих компараторов подаются опорные уровни с матрицы резисторов R-R, подключенной к уровням –U и +U опорного напряжения. Выходные сигналы компараторов подаются на приоритетный шифратор CD, общеизвестный пример которого описан в [1], выходы A0-Am которого являются выходами данных DATA данного АЦП.  Для подключения к шине данных эти выходы должны быть с тремя состояниями, управляемые входом OE, на который подается сигнал управления чтением RDDATA. Дополнительные сигналы OE и инверсный OE предложены для удобства. Предусмотрена возможность завести на них перемычками служебные сигналы переполнения OVF и неравенства нулю NZ для отключения сигналов DATA при внепредельных значениях напряжения сигнала AIN. Пример подключения с каскадированием показан на рис.2. Для обеспечения возможности каскадирования необходимы вывод +Ue, который подключен к последней средней точке матрицы R-R или отрицательному входу старшего компаратора, и выход переполнения OVF для дополнительного приоритетного шифратора CD, который индицирует активное состояние какого-либо из его входов I0-In, т.е. преобразует в старшие разряды данных Dm+1 - Dm+k.  Служебные сигналы OVF и NZ аналогично сигналам DATA лучше подключать к каким либо сигналам системной магистрали через буферные схемы с третьим состоянием выхода. В простейшем случае возможно организовать чтение данных с выходов DATA разных АЦП по разным адресам, тогда входов управления RDDATA, получаемых к примеру с дешифратора адреса (не показан), будет больше. Как видим, схема в отличие от стандартных АЦП и в том числе от ИМС АЦП К1107ПВ1 из [2] не содержит триггерных и микропрограмных блоков, требующих подачи тактовой частоты. Преобразование сигнала осуществляется аналоговыми компараторами и жесткой логикой. Соответственно скорость работы устройства определяется только быстродействием элементной базы и в результате производителю и потребителю предоставляется возможность выжать из АЦП, как устройства, все по максимуму, в частности достичь максимальной частоты выборки и скорости аналого-цифрового преобразования . При реализации данной ИМС возможны некоторые препятствия, к примеру большое количество аналоговых компараторов. Для 20-ти разрядного АЦП к примеру необходимо 1048576 компаратора. Реализация их на одном кристалле ИМС при нынешнем уровне технологий изготовления ИМС вполне реальна. Так же препятствием может стать слишком большое полное сопротивление матрицы R-R, не смотря на её превосходную технологичность по сравнению с другими резисторными матрицами. К примеру полное сопротивление матрицы в вышеуказанном примере при номинале одиночного резистора 10 Ом будет порядка 10 МОм. Особенно это может предоставить неудобства при каскадировании. Выбранные для примера 20 разрядов я считаю несколько завышенным требованием для АЦП и удовлетворяющими самым изысканным требованиям профессионалов. Причем хочу упомянуть, что при сегодняшних обычных объемах дискретных элементов на одном кристалле ИМС без увеличения её стоимости не понятно желание аппаратно упростить устройство за счет микропрограмных методов. В настоящее время у разработчиков пользуются наибольшей популярностью методы аналого-цифрового преобразования с последовательным приближением, т.е. стандартные, и на переходных процессах в R-C-цепи. Это на мой взгляд является комплексом, или шорами, или даже проблемой. Надеюсь, что предоставленный мной материал позволит предоставить пользователю необходимые комплектующие для преодоления данных досадных проблем и … картинка и звук на нашем TV станет гораздо качественнее. Вообще диапазон перспектив улучшений достаточно широк, что бы постараться отвертеться от продолжения данной работы и перенести их описание в последующие и не обязательно мои статьи. Литература: 1.В.Л. Шило, «Популярные цифровые микросхемы: Справочник.», 2-е издание, исправленное, Москва, «Радио и связь» 1989. Страница 142, описание ИМС КМ555ИВ1; 2.Б.Г. Федорков, В.А. Телец, «Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.», Москва, Энергоатомиздат 1990. Страница 150, описание ИМС К1107ПВ1. Ссылка: http://technic.itizdat.ru/docs/mer/FIL14333347150N548089001 . | |
| Категория: Разное | | |
| Просмотров: 3023 | Загрузок: 1021 | Комментарии: 1 | |
| Всего комментариев: 1 | |
|
| |
