- •1. Тенденции развития схемотехники
- •2. Влияние различных факторов на достоверность работы измерительных устр-в и систем.
- •3. Классификация оу. Области применения.
- •4. Источники образцовых напряжений, параметры. Области применения.
- •5. Аналоговые ключи. Параметры и области применения.
- •7. Оу. Основные понятия, эквивалентная схема.
- •8. Статические параметры оу.
- •9. Динамические параметры оу.
- •10. Частотная характеристика оу (ачх)
- •11. Основные схемы включения оу. Сравнение параметров.
- •12. Погрешности схем на оу.
- •13. Мдм усилители.
- •14. Инструментальные оу (иу). Схемотехника.
- •15. Подавление синфазных помех в иу.
- •16. Регулировка нуля в иу.
- •17. Работа иу на переменном токе.
- •18. Включение иу с терморезисторами.
- •19. Включение иу с термопарой.
- •20. Подключение иу к человеку.
- •21. Дифференциальный усилитель ina 105. Схемы включения.
- •22. Изолирующий усилитель. Области применения.
- •23. Изолирующие усилители. Функциональные схемы. Параметры.
- •24. Выбор оу при проектировании схем на их основе.
- •25. Проектирование схем на оу.
- •26. Особенности трансимпедансных (усилителей тока) и их применение.
- •27. Сравнение усил-лей напряжения и трансимпедансных усил-лей.
- •33. Интегральная и дифференциальная нелинейности
- •37. Разновидности ацп, сравнительный анализ.
- •38. Ацп поразрядного уравновешивания. Параметры.
- •39. Емкостной цап, свойства.
- •40. Параллельно – последовательные ацп. Параметры.
- •41. Конвейерные ацп. Параметры.
- •42. Передискретизация, формир-ие шумов квантования, цифровая фильтрация, децимация.
- •43. Дельта сигма модуляторы и ацп. Функциональная схема. Параметры.
- •44. Влияние предискретизации и порядка дельта сигма модулятора на шумовые параметры ацп.
- •45. Работа дельта сигма ацп 1-го порядка на постоянном токе.
- •46. Цап. Области применения. Основные параметры.
- •47. Dac (full decoded). Функциональные схемы и свойства.
- •48. Функциональные схема цап на fd (full decoded).
41. Конвейерные ацп. Параметры.
Быстродействие многоступенчатого АЦП можно повысить, применив конвеерный принцип многоступенчатой обработки входного сигнала. В обыкновенном многоступенчатом АЦП (рис. 4) вначале происходит формирование старших разрядов выходного слова преобразователем АЦП1, а затем идет период установления выходного сигнала ЦАП. На этом интервале АЦП2 простаивает. На втором этапе во время преобразования остатка преобразователем АЦП2 простаивает АЦП1. Введя элементы задержки аналогового и цифрового сигналов между ступенями преобразователя, получим конвеерный АЦП, схема 8-разрядного варианта которого приведена на рис. 6.
Роль аналогового элемента задержки выполняет устройство выборки-хранения УВХ2, а цифрового - четыре D-триггера. Триггеры задерживают передачу старшего полубайта в выходной регистр на один период тактового сигнала CLK.
Сигналы выборки, формируемые из тактового сигнала, поступают на УВХ1 и УВХ2 в разные моменты времени (рис. 7). УВХ2 переводится в режим хранения позже, чем УВХ1 на время, равное суммарной задержке распространения сигнала по АЦП1 и ЦАП. Задний фронт тактового сигнала управляет записью кодов в D-триггеры и выходной регистр. Полная обработка входного сигнала занимает около двух периодов CLK, но частота появления новых значений выходного кода равна частоте тактового сигнала.
Таким образом, конвеерная архитектура позволяет существенно (в несколько раз) повысить максимальную частоту выборок многоступенчатого АЦП. То, что при этом сохраняется суммарная задержка прохождения сигнала, соответствующая обычному многоступенчатому АЦП с равным числом ступеней, не имеет существенного значения, так как время последующей цифровой обработки этих сигналов все равно многократно превосходит эту задержку. За счет этого можно без проигрыша в быстродействии увеличить число ступеней АЦП, понизив разрядность каждой ступени. В свою очередь, увеличение числа ступеней преобразования уменьшает сложность АЦП. Действительно, например, для построения 12-разрядного АЦП из четырех 3-разрядных необходимо 28 компараторов, тогда как его реализация из двух 6-разрядных потребует 126 компараторов.
Конвеерную архитектуру имеет большое количество выпускаемых в настоящее время многоступенчатых АЦП. В частности, 2-ступенчатый 10-разрядный AD9040А, выполняющий до 40 млн. преобразований в секунду (МПс), 4-ступенчатый 12-разрядный AD9220 (10 МПс), потребляющий всего 250 мВт, и др. При выборе конвеерного АЦП следует иметь в виду, что многие из них не допускают работу с низкой частотой выборок. Например, изготовитель не рекомендует работу ИМС AD9040А с частотой преобразований менее 10 МПс, 3-ступенчатого 12-разрядного AD9022 с частотой менее 2 МПс и т.д. Это вызвано тем, что внутренние УВХ имеют довольно высокую скорость разряда конденсаторов хранения, поэтому работа с большим тактовым периодом приводит к значительному изменению преобразуемого сигнала в ходе преобразования.
42. Передискретизация, формир-ие шумов квантования, цифровая фильтрация, децимация.
Рис.5 Дискретизация с использованием низкочастотного фильтра и иллюстрация критерия Найквиста.
При классическом подходе к процессу дискретизации (Рис.5) эффективное значение шума квантования в полосе частот от 0 до составляет , где Q - вес младшего разряда, Fs - частота следования выходных отсчетов. Значительная часть шума квантования попадает в рабочую полосу частот. При соблюдении условия теоремы Котельникова (полоса частот полезного сигнала меньше либо равна ) аналоговый фильтр на входе преобразователя должен обладать высокой крутизной спада АЧХ за полосой пропускания. Это необходимо для эффективного ослабления высокочастотных шумов и помех, проникающих в рабочую полосу в результате интерференции с гармониками частоты дискретизации.
Рис.6 Передискретизация при аналоговой и цифровой фильтрациях.
Способ улучшения разрешения преобразователя - передискретизация (Рис.6). При этом входной сигнал квантуется с частотой , где К - отношение передискретизации, а Fs - частота выходного цифрового потока. Здесь появляется два новых элемента схемы: цифровой фильтр и дециматор - устройство снижения частоты следования отсчетов. Шум квантования в полосе частот от до подавляется цифровым фильтром в выходном потоке, что приводит к улучшению отношения сигнал/шум на величину равную . К сожалению, цена за сверхразрешение высока, потому что для улучшения отношения сигнал/шум на 6 дБ (1 бит) требуется соответственно увеличить коэффициент передискретизации в 4 раза. Для сохранения значения этого коэффициента передискретизации в разумных пределах можно разбить спектр шума квантования так, что бы основная его часть была между и , и только небольшая на отрезке [0.. ]. Эту функцию выполняет сигма-дельта модулятор. После такого распределения цифровой фильтр легко подавит значительную часть энергии шума квантования, и общее отношение сигнал/шум, определяющее динамический диапазон, ощутимо возрастет.