Цифрлық –аналогты түрлендіргіш әдістері

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.

АЦТ мен ЦАТ- ның динамикалық қасиеттерін төмендегі параметрлермен суреттейді:

 

 

 

Түрленудің максималды жиілігі (Fmax) - бекітілген нормаға сейкес берілген параметрлерді дискреттеудің ең үлкен жиілігі.

Шығыс сигналды бекіту уақыты (ts) - ЦАТ кірісіндегі кодтың өзгеру уақыты мен шығыс аналогтық сигналдың бекітілген 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.

 

3. Ток жиынтығы бар ЦАТ

 

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.

Егер i разрядты кіріс X кодта логарифмдік сигналы болса L (xi = l), Si кілті RH жyктeмeciнe қарсы тиісінше I0 2i тоқ көзі эталонын қосады. Әйтпеген жағдайда Si кілті тиісінше тоқ көзін жауып, I0 2i тоғы жүктеме арқылы таралмайды.

5 сурет

 

Тоқтар жинағындағы ЦАТ- тың құрылымдық сызбасы (а) және өлшенген резисторлар матрицасын қолдану арқылы оны жүзеге асыру

Нәтижесінде RH тоқ резисторы

 

IORNI0

1X1                                                                            (1.5)

 

Kipic код мәніне пропорционал болады.

Rn = const жағдайындаUORN = RHIORN сулбасының сыртқы жуктемесі кipic кодқа пропорционал.

Kipic кодқа пропорционал жуктемені алу үшін тәжірибеде «а», «Ь» шығарылымдарына операциялық күшейткішті (ОК) қосады

(5. сурет). 8 тарауда айтылғандай  ОК ішінде қуат әрқашан нөлге тең. Сондықтан қарастырып отырған сұлба үшін Ua-Ub = 0 және Кирхговтың бірінші заңы бойынша IORN = UORN/Rooc.

 

IORN — UORN/ROOC                                                                                                            (1.6)

 

Бұдан 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 - транзисторларына жалғанған S3,...S0 төрт кілт, 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. Ыңғайлы 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.

 

.

1.6-сурет. R-2R матрицалы ЦАТ- тың құрылымдық сызбасы

 

R-2R матрицасының жұмысы сұлбаның сыртқы бөлігінің кез- келген кедергісінде R-2R бүтін сандары бар буындарындағы паралелль қосылған бөліктермен анықталады.

Жоғарыда айтылғандарға сәйкес, «d» бұрышына қатысты өлшенген матрицаның шығыс кедергісі1 R-гe тең және матрицаның Ure∫ көзінен алынатын тоқ

I∑ = Uref/R.                                                                                                                      (1.7)

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 коэффицентімен 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 күшейткіштің шығыс қуаты үшін (1.6) өрнегi дәл. 1.6 cypeттегi сұлба шығысында қалыптасатын қысымды анықтайды Оған 1111 коды берілген. 1.5 және 1.7 ескере отырып, 1.6 суреттен шығады. UORNmax=( )UREF

Жақшадағы өрнек геометриялық прогрессияны беретіндіктен былай жазуға болады:

UORNmax=UREF

(1-1/2b).

 

Алынған өрнектен қарастырып отырған ЦАТ түріндегі максималды шығыс қуат әрқашан тірек қуатынан Uref кіші ∆UORN және

∆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 ның максималды шығыс қуаты абсолютты 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 кілттеріндегі 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 eceптеyiш құралдар мен сумматорларға қолданған әдіспен шешуге болады. Аталған принципті түсіндіру үшін 1.7 cypеттегі 12 разрядты CAT ның құрылымдық, сұлбасын пайдаланып түсіндірейік.

1.7-сурет. ЦАТ-ң шығыс сигналдарының  салмақтық қосындысының құрылымдық  сызбасы

 

Құрылғы үш 4 разрядты CAT -дан түрады. Бұл жағдайда кедергі өзгерici 8-ге тең тоқ қалыптастыру үшін R-2R матрицасын 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.

 

4. Тізбектей есептегіш АЦТ

 

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.

Сыртқы разрядтаушылар CAT-ға тіркелген. CAT шығысы DA гистерезистерсіз компаратордың инвертирленетін шығысына қосылған. Оның инвертирленбейтін шығысына кодқа айналатын шығыс қуат көзі қосылған. Компаратор 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 2 ЖӘНЕ 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 қуатының

                                                              уақыттық диаграммасы

 

 

1.10-сурет. Циклдік емес  АЦТ-ң құрылымдық сызбасы

 

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, өйткені «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 сипаттайтын АЦТ-ның құрылысы 1.10. суретте көрсетілген.

Циклді режимдегі АЦТ-ға қарағанда бұл кестеге қосымша DD4 инверторы және 2 ЖӘНЕ 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.

 

 

1.11-сурет. Циклдік емес  АЦТ-ң компораторының кіріс қуатының уақыттық диаграммасы

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 (1.11- сурет) сәтіне дейін жалғасады. DA компараторының іске қосылуы 2 ЖӘНЕ DD1 элементінде DD2 есептегішінің «+1» кipici үшін пассив сигнал қалыптасады. Осы уакытта DD4 инверторы DD3 элементінің төменгі кірісінде 1 лог. сигнал жасайды. 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 да 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.