Самостоятельная работа №7

Самостоятельная работа №7 по курсу ЭАЦС.

АЦП конвейерного типа (по лекции 10) и АЦП с мерами по снижению избыточности данных по лекции 11)

Вариант 1.

Необходимо определить параметры однополярного трехкаскадного конвейерного АЦП на основе УВХ, АЦП параллельного типа, ЦАП на емкостях и вычитанием остатка преобразования на ОУ.

Задано: 1) в каскадах используются АЦП параллельного типа с аппаратурной погрешностью 0.05 мВ, апертурным временем t_а.АЦП = 5 нс, временем преобразования t_ПР = 20 нс и полной шкалой U_ПШ = +2 В; 2) емкостной ЦАП с относительной погрешностью значений емкостей δ_R.ЦАП = 0.001%, емкостью выходного узла С_{ВЫХ.ЦАП} = 0.5 пФ; 3) ОУ с временем установления t_УСТ.ОУ = 10 нс; 4) апертурное время УВХ составляет t_а.УВХ = 3 нс, длительность времени выборки УВХ t_{ВЫБ..УВХ} = 2 нс; составляющие погрешности УВХ на его выходе: ΔU_ВЫБ = 01 мВ; U_СМ.ХР = 005 мВ; ΔU_ХР = (0.02 мВ/нс) × t_ХР.

Составить: 1) принципиальную схему 10-разрядного конвейерного АЦП и 2) эквивалентную схему (модель) с отображением погрешностей генераторами погрешностей основных блоков (на выходе каждого УВХ, на входе каждого АЦП параллельного типа, на выходе каждого ЦАП).

Определить и обосновать:

1) полную шкалу конвейерного АЦП,

2) разрядность АЦП и ЦАП в каждом каскаде,

3) значения аппаратурных погрешностей УВХ и ЦАП в каскадах,

4) допустимое значение времени выборки УВХ,

5) значения ёмкостей конденсаторов, используемых в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ,

6) время установления сигнала на выходе ЦАП и выходе каскадов АЦП для требуемых погрешностей,

7) значения аппаратурных погрешностей на входе каждого АЦП параллельного типа в каскадах 1, 2, 3;

8) оценить достоверность шага квантования младшего разряда всего АЦП с учетом всех погрешностей,

9) время преобразования одного каскада АЦП,

10) время преобразования всего конвейерного АЦП,

11) максимальную частоту дискретизации входного сигнала в данном конвейерном АЦП.

12) сравните возможности конвейерных АЦП с АЦП, изученных ранее, по статическим и динамическим погрешностям преобразования входных сигналов.

Составление:

1) В итоге имеем 12-разрядный конвейерный АЦП, в котором используются два 5-разрядных, один 4-разрядный АЦП параллельного типа, два разряда которых используются как контрольные, и два 4-разрядных ЦАП

Рис. 1 Принципиальная схема 12-разрядного конвейерного АЦП

.

Рис. 2 Эквивалентная схема с отображением погрешностей основных блоков

1. Полная шкала конвейерного АЦП:

2. Разрядность АЦП и ЦАП в каждом каскаде :

Используются четырёхразрядные АЦП параллельного типа и трёхразрядные ЦАП в первых двух каскадах, т.к. для осуществления дублирующего определения разрядов выходного кода АЦП в смежных каскадов в них на один разряд повышается разрядность АЦП. Младший разряд частичного кода в каскаде является контрольным и сравнивается со значением старшего разряда из кода следующего каскада АЦП.

3. Значение аппаратурных погрешностей УВХ и ЦАП в каскадах:

Аппаратурная погрешность УВХ:

Аппаратурная погрешность ЦАП: .

4. Допустимое значение времени выборки УВХ:

5. Значение емкостей ёмкостей конденсаторов, используемых в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ: На рисунке изображена схема трёхразрядного ёмкостного ЦАП. Ёмкости весовых конденсаторов в разрядах ЦАП должны образовывать последовательность:

Ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

6. Время установления сигнала на выходе ЦАП и выходе каскадов АЦП для требуемых погрешностей:

Выберем R_{ВЫХ.ЦАП} = 1кОм, тогда t_{УСТ.ЦАП}

Время установления сигнала на выходе каскада АЦП:

7. Значение значения аппаратурных погрешностей на входе каждого АЦП параллельного типа в каскадах 1, 2, 3:

К_У1 = К_У2 = 2³ = 8, тогда аппаратурные погрешности, приведённые ко входам АЦП:

8. Оценка достоверности шага квантования младшего разряда всего АЦП с учетом всех погрешностей:

Полученное значение гораздо больше аппаратурных погрешностей из п.7, что означает недостоверность МЗР.

9. Время преобразования одного каскада АЦП:

10. Время преобразования всего конвейерного АЦП:

11. Максимальная частота дискретизации входного сигнала в данном конвейерном АЦП:

Заключение

В данной самостоятельной работе был рассмотрены АЦП конвейерного тип и АЦП с мерами по снижению избыточности данных.

Были составлены: 1) принципиальная схему 12-разрядного конвейерного АЦП и 2) эквивалентная схема (модель) с отображением погрешностей генераторами погрешностей основных блоков (на выходе каждого УВХ, на входе каждого АЦП параллельного типа, на выходе каждого ЦАП);

В первом задании была определена полная шкала конвейерного АЦП:

;

Во втором задании была определена разрядность АЦП и ЦАП в каждом каскаде;

В третьем задании были определены значения аппаратурных погрешностей УВХ и ЦАП в каскадах:

Аппаратурная погрешность УВХ: ,

Аппаратурная погрешность ЦАП: ;

В четвертом задании было определено допустимое значение времени выборки УВХ:

В пятом задании были определены значения ёмкостей конденсаторов, используемых в ЦАП и вычитающем устройстве на ОУ:

В шестом задании было определен0 время установления сигнала на выходе ЦАП и выходе каскадов АЦП для требуемых погрешностей:

В седьмом задании были определены значения аппаратурных погрешностей на входе каждого АЦП параллельного типа в каскадах 1, 2, 3:

;

В восьмом задании было оценено достоверность шага квантования младшего разряда всего АЦП с учетом всех погрешностей;

В девятом задании было определено время преобразования одного каскада АЦП:

В десятом задании было вычислено время преобразования всего конвейерного АЦП:

В одиннадцатом задании была определена максимальная частота дискретизации входного сигнала в данном конвейерном АЦП: