Цифрлық –аналогты түрлендіргіш әдістері

 

5. Разрядты коды бар АЦТ

 

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 жуықтау 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.

 

 

1.12-сурет. АЦТ-ң разряд  бойынша кодтаудың құрылымдық  сұлбасы

 

1.13-сурет. АЦТ-н разряд  бойынша кодтау жұмысының уақттық  диаграмасы

 

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.

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 разрядына тең, яғни түрлену уақыты

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.

 

6. АЦТ параллельді турленуі

 

АЦТ- ның аталған типі тікелей есептеу әдісін атқарып, жылдамдығы жөнінен біріншi болып тұр.1.14. суретте құрылғының жұмысы суреттелген.

Құрылғыда бірікккен инвертирленген кірісінe кipic түрлену сигналыберілетін 2Ь-1 К компараторы бар.

Комаараторлардың 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 2ЖӘНЕ 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.

 

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 компаратор 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 ұлғайтуға мүмкіндік береді. Параллельді АЦТ түріндегі түрленудің нақты уақыты 10....20нс.

 

7. Екілік интегрирі бар АЦТ

 

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.

 

U

C(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:

 

∆t=Uақпt1/UREF.                                        (1.14)

 

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

 

(1.15) дағы t1 мәнін қойып, мына нәтижеге қол жеткіземіз:

 

М = 2b Uақп/ UREF                            (1.16)

 

 

 

1.15-сурет. Қос біріктірулі  АЦТ-ның құрлымдық сызбасы.

 

 

Қорытынды

 

Қорыта келгенде 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 сандық қондырғыларға беріледі. сандық қондырғылардың орнында компьютер болуы мүмкін. Микросхемалар қалыптастырған сигналдар цифрлы-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық түрге айналдырылып, атқарушы механизмдерді басқаратын, тікелей объектіге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға беріледі.

Мен бұл жұмысымда аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргіштер олардың құрылымымен жұмыс істеу принципін сонымен қатар ток жиынтығы бар ЦАТ, тізбектей есептегіш АЦТ, екілік интегрирі бар АЦТ жеке - жеке талдадым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

1. Ермағанбетов Қ.Т., Цифрлы электроника: оқу құралы/ Ред. Ж.С.Ақылбаев – Қарағанды: ҚарМУ, 2001.-175б.
2. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. – М.: Радио и вязь, 1989. – 495с.
3. Савельев А.Я., Прикладная теория цифровых автоматов. Учеб. Для вузов по спец. ЭВМ. – М.: Высшая школа, 1987. – 271с.
4. Ахметов Б.С. Основы схемотехники. Учебное пособие. – Актобе: АГУ им.К.Жубанова, 2005. – 193с.
5. Миллер Р. Теория переключательных схем. М.: Мир, 1970.
6. Фридман А., Менон П. Теория и проектирование переключательных схем. М.: Мир, 1978.
7. Кук Д., Бейз Г. Компьютерная математика. М.: Наука, 1990.
8. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергоатомиздат, 1988.
9. Вавилов Е.Н., Портной Г.П. Синтез схем электронных цифровых машин. М.: Наука, 1970.
10. Фомичев В.С. Арифметические и логические основы вычислительной техники: Конспект лекций./ЛЭТИ. Л., 1973-1975. Вып.1. 1973; Вып.2. 1974; Вып.3. 1975; Вып.4. 1975.