Файл: Electron_SE.pdf

201

8. ÖÈÔÐβ Ì²ÊÐÎÅËÅÊÒÐÎÍͲ ÏÐÈÑÒÐί

â³ä çíà÷åíü äâ³éêîâèõ ðîçðÿä³â êîäó íà â³äïîâ³äíèõ öèôðîâèõ âõîäàõ.

Çíà÷åííÿ ñòðóì³â ñêëàäàþòü:

äëÿ ïåðøîãî âèõîäó –

;

2

10

1

1

∑

=

−

=

³

³

³

åêâ

îï

à

R

U

I

(8.14)

äëÿ äðóãîãî âèõîäó –

,

2

10

1

2

∑

=

−

=

³

³

³

åêâ

îï

a

R

U

I

(8.15)

äå U

îï 

– îïîðíà íàïðóãà;

R

åêâ

 – åêâ³âàëåíòíèé îï³ð ðåçèñòîðíî¿ ìàòðèö³, ùî ìຠíîì³íàëüíå

çíà÷åííÿ 10 êÎì (ôàêòè÷í â³ä 7 äî 15 êÎì);

à

³

 – ïðÿìå çíà÷åííÿ (äëÿ à

³

 =1) äâ³éêîâîãî êîäó íà ³-òîìó âõîä³;

i

à

 – ³íâåðñíå çíà÷åííÿ (äëÿ à

³

=0) äâ³éêîâîãî êîäó íà ³-òîìó âõîä³.

Äâ³éêîâèé çàêîí ðîçïîä³ëåííÿ ñòðóì³â ó â³òêàõ ìàòðèö³ âèêîíóºòüñÿ

çà óìîâè îäíàêîâîñò³ ïîòåíö³àë³â îáîõ ¿¿ âèõîä³â. Öå çàáåçïå÷óºòüñÿ

ï³äìèêàííÿì ïåðøîãî âèõîäó äî ³íâåðòóþ÷îãî âõîäó äîïîì³æíîãî ÎÏ,

îõîïëåíîãî ÍÇÇ, à äðóãîã äî íå³íâåðòóþ÷îãî âõîäó ÎÏ ³ íóëüîâî¿

òî÷êè ñõåìè (ÿê â³äîìî ç ïï. 4.6.2, ïîòåíö³àëè ³íâåðòóþ÷îãî ³ íå³íâåð-

òóþ÷îãî âõîä³â ÎÏ, îõîïëåíîãî ÍÇÇ, çà óìîâè ðîáîòè ó ë³í³éíîìó ðå-

æèì³, ìàéæå îäíàêîâ³).

Îòæå, ìàòðèöÿ R-2R ï³äìèêàºòüñÿ äî ÎÏ, óòâîðþþ÷è ç íèì ³íâåð-

òóþ÷èé ï³äñèëþâà÷ ç ïðîãðàìîâàíèì êîåô³ö³ºíòîì ï³äñèëåííÿ. Éîãî

ìîæíà ðîçãëÿäàòè òàêîæ ÿê ïåðåòâîðþâà÷ ñòðóìó, ùî íàäõîäèòü ç âè-

õîäó ðåçèñòîðíî¿ ìàòðèö³, ó íàïðóãó íà âèõîä³ ÎÏ (äèâ. ïï. 4.6.4). Ó

ðåçóëüòàò³, êîæíîìó çíà÷åííþ äâ³éêîâîãî êîäó íà öèôðîâèõ âõîäàõ ÖÀÏ

â³äïîâ³äຠäåÿêå çíà÷åííÿ íàïðóãè íà âèõîä³ ÎÏ, îñê³ëüêè, çàáåçïå÷ó-

þ÷è ð³çíèöþ ïîòåíö³àë³â ì³æ ñâî¿ìè âõîäàìè áëèçüêîþ äî íóëÿ, ÎÏ

â³äâîäèòü ÷åðåç ðåçèñòîð çâîðîòíîãî çâ’ÿçêó R

ÇÇ

 ñóìàðíèé ñòðóì, ùî

íàäõîäèòü äî âèõîäó (1) ²ÌÑ. Öåé ñòðóì ñêëàäàºòüñÿ ç³ ñòðóì³â ðåçè-

ñòîð³â 2R, ï³ä³ìêíåíèõ êëþ÷àìè äî âèõîäó (1) â³äïîâ³äíî äî çíà÷åííÿ

äâ³éêîâîãî êîäó ³ âèçíà÷àºòüñÿ ðîçðÿäàìè à

³

 =1.

Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî ïðè ïðàêòè÷í³é ðåàë³çàö³¿ ïîä³áíèõ ïðèñòðî¿â, çàäëÿ

çìåíøåííÿ âçàºìíèõ âïëèâ³â, ùî ìîæóòü ïðèçâîäèòè äî çáî¿â ó ðîáîò³,

òàê çâàí³ “öèôðîâó çåìëþ” ³ “àíàëîãîâó çåìëþ” (îáèäâ³ â³äïîâ³äàþòü íó-

ëüîâîìó ïîòåíö³àëó ñõåìè) ñë³ä âèêîíóâàòè ó âèãëÿä³ îêðåìèõ ïðîâ³äíèê³â.

202

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Àíàë³òè÷íèé âèðàç, ùî çâ’ÿçóº çíà÷åííÿ íàïðóãè íà âèõîä³ ÎÏ ç³ çíà-

÷åííÿì äâ³éêîâîãî êîäó íà öèôðîâèõ âõîäàõ ÖÀÏ, òàêèé

,

2

/

)

2

2

...

2

2

(

0

2

2

1

1

R

a

a

a

a

R

U

U

b

b

i

i

b

b

b

ÇÇ

îï

âèõ

+

+

+

+

=

−

−

−

(8.16)

äå R

ÇÇ

 – îï³ð ðåçèñòîðà çâîðîòíîãî çâ’ÿçêó;

b – ê³ëüê³ñòü ðîçðÿä³â ïåðåòâîðþâà÷à (ó äàíîìó ðàç³ – 10), ïðè÷îìó

ñòàðøèì º ðîçðÿä ç ³íäåêñîì b.

Çíà÷åííÿ âèõ³äíî¿ íàïðóãè â ê³íöåâ³é òî÷ö³ ä³àïàçîíó ñòàíîâèòü

,

/

)

2

1

(

*

R

R

U

U

b

ÇÇ

îï

ìàêñ

âèõ

−

−

=

(8.17)

à íàéìåíøå ïðè óñ³õ à

³ 

= 0 – äîð³âíþº íóëåâ³.

Ðîçðàõóíêîâèé ïðèð³ñò âèõ³äíî¿ íàïðóãè ïðè çì³í³ âõ³äíîãî êîäó íà

îäèíèöþ ìîëîäøîãî ðîçðÿäó (êðîê êâàíòóâàííÿ) ñêëàäàº

.

2

/ R

R

U

h

b

ÇÇ

îï

=

(8.18)

Ðåàëüíî íàéá³ëüøå çíà÷åííÿ âèõ³äíî¿ íàïðóãè ïðè çíà÷åííÿõ óñ³õ ðîç-

ðÿä³â äâ³éêîâîãî êîäó à

³ 

= 1 ñòàíîâèòü

,

h

R

U

U

ÇÇ

îï

ìàêñ

âèõ

−

=

(8.19)

áî äåñÿòèðîçðÿäíèé ÖÀÏ ïðàöþº ç ÷èñëàìè, ùî ó äåñÿòêîâ³é ñèñòåì³

÷èñëåííÿ â³äïîâ³äàþòü â³ä 0 äî 1023.

Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ ñòàá³ëüíîñò³ ðîáîòè çàäàþòü R

ÇÇ 

= R, à ñàì ðå-

çèñòîð R

ÇÇ

 ðîçì³ùóþòü íà êðèñòàë³ ²ÌÑ ðàçîì ç ìàòðèöåþ R-2R.

Åëåêòðè÷íó ïðèíöèïîâó ñõåìó öèôðîàíàëîãîâîãî ïåðåòâîðþâà÷à, âè-

êîíàíîãî íà îñíîâ³ ²ÌÑ Ê572ÏÀ1, íàâåäåíî íà ðèñ. 8.17. ßêùî çàäàòè

U

îï

 = 10,24 Â, òî îòðèìàºìî U

*

âèõ ìàêñ 

= 10,24 Â, à h = 10 ì çà íîì³íàëüíî-

ãî çíà÷åííÿ âõ³äíîãî ñòðóìó ìàòðèö³ 1 ìÀ (ôàêòè÷í â³ä 0,5 äî 2 ìÀ).

U

âèõ

DA  140ÓÄ7

+U 

-

U

1

0V

2 

D

2

3

D/A

1

16 

15 

Ó

U

îï

Ê57

2ÏÀ

1

2

5

9

 10

12

8 

13

 11

2

0

2

1

2

2

2

3

2

4

14 

4

6

7

5

 2

6

 2

7

2

8

2

9

+U

VD1

VD2

2

3

6

7

4

Ä

â³

éê

îâ

èé

 ê

îä

+12 

Â

+12 

Â

-12 

Â

-10,24 

Â

Ðèñ. 8.17 – Öèôðîàíàëîãîâèé ïåðåòâîðþâà÷ íà îñíîâ³ ²ÌÑ Ê572ÏÀ1

203

8. ÖÈÔÐβ Ì²ÊÐÎÅËÅÊÒÐÎÍͲ ÏÐÈÑÒÐί

Òî÷í³ñí³ ïîêàçíèêè ïåðåòâîðþâà÷à çàëåæàòü â³ä òî÷íîñò³ âèêîíàííÿ

ñï³ââ³äíîøåíü R

ÇÇ 

/R = 1 òà R

/2R = 0,5 äëÿ óñ³õ ëàíîê ìàòðèö³.

ßêùî ôîðìóëó (8.16) ïåðåïèñàòè, ââàæàþ÷è

R

ÇÇ 

/2

b

R = k,

(2

b-1

a

1

+2

b-2

a

2

+...2

b-i

a

i

+2

0

a

b

)  =  X,

îòðèìàºìî:

,

X

kU

U

îï

âèõ

=

(8.20)

çâ³äêè âèäíî, ùî äàíèé ÖÀÏ ìîæå áóòè âèêîðèñòàíî òàêîæ ÿê ïîìíî-

æóâà÷ àíàëîãîâî¿ âåëè÷èíè U

îï

 (ùî ìîæå ïðèéìàòè çíà÷åííÿ â³ä ì³íóñ

17 äî +17 Â) íà äâ³éêîâå ÷èñëî X.

Á³ëüø òî÷íèìè º ÖÀÏ  íà  îñíîâ³  ìåòîäó  ïåðåðîçïîä³ëó  çàðÿäó.

Âîíè áóäóþòüñÿ íà îñíîâ³ êîíäåíñàòîðíî¿ ìàòðèö³ ç ñï³ââ³äíîøåííÿì

ºìíîñòåé êðàòíèì 2

n

.

Òàêèé ÖÀÏ ìຠòðè åòàïè ðîáîòè.

Íà ïåðøîìó åòàï³ ÎÏ, ùî òàêîæ âõîäèòü äî éîãî ñêëàäó, ïðàöþº ÿê

ïîâòîðþâà÷, à óñ³ êîíäåíñàòîðè ìàòðèö³ ï³ä³ìêíóòî äî âõ³äíîãî êîí-

òàêòó ïðèñòðîþ ³ íàêîïè÷óþòü çàðÿä, ïðîïîðö³éíèé âõ³äí³é íàïðóç³.

Íà äðóãîìó åòàï³ ñõåìà êåðóâàííÿ ïåðåìèêຠêîíäåíñàòîðè â³ä âõîäó

íà íóëüîâèé ïðîâ³äíèê. Òåïåð íà âõ³ä ÎÏ, ùî ïðàöþº âæå ÿê íóëü-îðãàí,

ïîäàºòüñÿ íàïðóãà, ùî äîð³âíþº âõ³äí³é U

âõ

 àëå ç ïðîòèëåæíèì çíàêîì.

Íó ³ íà òðåòüîìó åòàï³ ðîçïî÷èíàºòüñÿ ïåðåðîçïîä³ë çàðÿäó, êîëè äî

äæåðåëà îïîðíî¿ íàïðóãè U

îï

 ï³äìèêàºòüñÿ ñïî÷àòêó êîíäåíñàòîð ñòàð-

øîãî ðîçðÿäó ìàòðèö³. Íà âõîä³ íóëü-îðãàíó îòðèìóºìî íàïðóãó, ùî

äîð³âíþº (0,5 U

îï 

- U

âõ

). Ñõåìà êåðóâàííÿ, çàëåæíî â³ä òîãî, çì³íèâñÿ

ñòàí íà âèõîä³ íóëü-îðãàíó ÷è í³, çàëèøຠêîíäåíñàòîð ó ïîïåðåäíüîìó

ñòàí³ àáî çíîâó ïåðåìèêຠéîãî íà íóëüîâèé ïðîâ³äíèê. Íàäàë³ òå æ

ñàìå ðîáèòüñÿ ç ³íøèìè êîíäåíñàòîðàìè, äîêè íàïðóãà íà âõîä³ íóëü-

îðãàíó íå çíèçèòüñÿ äî íóëÿ ³ çì³íèòüñÿ ñòàí íà éîãî âèõîä³. Òîä³ â³äíî-

øåííÿ ñóìàðíî¿ ºìíîñò³, ï³ä³ìêíåíî¿ äî íóëüîâîãî ïðîâ³äíèêà, äî ºìíîñò³,

ùî áóëà ï³ä³ìêíåíà äî U

îï

, áóäå åêâ³âàëåíòíà â³äíîøåííþ U

âõ

/ U

îï

.

ϳäâèùåíà òî÷í³ñòü ÖÀÏ çàáåçïå÷óºòüñÿ òèì, ùî ïðèñòð³é ÷àñ â³ä

÷àñó ïåðåâîäèòüñÿ ó ðåæèì ñàìîíàëàøòóâàííÿ. Ó öüîìó ðåæèì³ äî

êîæíîãî ç êîíäåíñàòîð³â ìàòðèö³ ï³äìèêàþòüñÿ äîïîì³æí³ êîíäåíñàòî-

ðè ìàëî¿ ºìíîñò³ äîòè, äîêè ñóìàðíà ºìí³ñòü íå ñòàíå á³ëüøîþ çà ñóìó

ºìíîñòåé êîíäåíñàòîð³â ìîëîäøèõ ðîçðÿä³â íà ºìí³ñòü êîíäåíñàòîðà

ñàìîãî ìîëîäøîãî ðîçðÿäó. Ïðè öüîìó òî÷í³ñòü íàëàøòóâàííÿ ñêëà-

äຠ0,25 ºìíîñò³ öüîãî ðîçðÿäó.

204

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

 8.7.2. ÀÖÏ

Ñâ³ò, ùî íàñ îòî÷óº, º àíàëîãîâèì. Äî àíàëîãîâèõ íàëåæàòü ïðîöåñè,

ùî çì³íþþòüñÿ çà çàêîíîì áåçïåðåðâíî¿ ôóíêö³¿. Òàê, çâóêè òà çîáðà-

æåííÿ íàäõîäÿòü äî íàøèõ îðãàí³â â³ä÷óòòÿ ó âèãëÿä³ êîëèâàíü – çâó-

êîâèõ àáî åëåêòðîìàãí³òíèõ. Ö³ êîëèâàííÿ ñïðèéìàþòüñÿ îðãàíàìè

â³ä÷óòò³â (ñëóõ, ç³ð) ³ ó âèãëÿä³ ³ìïóëüñ³â ïåðåäàþòüñÿ äî ìîçêó. Àëå

³íôîðìàö³ÿ, ùî ïåðåäàºòüñÿ àíàëîãîâèì ñïîñîáîì, ëåãêî âèêðèâëÿºòü-

ñÿ ó òðàêò³ ïåðåäà÷³ òà ïîòðåáóº âåëè÷åçíèõ îáñÿã³â ïàì’ÿò³ ïðè âèêî-

ðèñòàíí³ â òåõí³ö³. Ñïîñ³á “îöèôðîâóâàííÿ” ³íôîðìàö³¿ ñïðîùóº ïðîöå-

ñè ïåðåäà÷³ ³ îïðàöþâàííÿ ³íôîðìàö³¿. Îöèôðîâóâàííÿ – öå ïðîöåñ ïå-

ðåòâîðåííÿ àíàëîãîâî¿ ³íôîðìàö³¿ â öèôðîâó. Äî öèôðîâèõ íàëåæàòü

ïðîöåñè, ùî çì³íþþòüñÿ çà çàêîíîì äèñêðåòíî¿ ôóíêö³¿ – çâè÷àéíî, öå

äâ³éêîâèé öèôðîâèé êîä. Òåõí³êà, ÿêà ïðàöþº ç òàêîþ ³íôîðìàö³ºþ, íà-

çèâàºòüñÿ öèôðîâîþ. Öèôðîâà ³íôîðìàö³ÿ ëåãêî êîíòðîëþºòüñÿ, äàº

ñòàá³ëüíó ³ ðåãóëüîâàíó ÿê³ñòü îïðàöþâàííÿ ³ ïðåäñòàâëåííÿ ïðîöåñ³â.

Âîíà ïîòðåáóº ìåíøèõ ºìíîñòåé äëÿ çáåð³ãàííÿ. Îòæå, äëÿ ñâ³òó òåõ-

í³êè öèôðîâà ³íôîðìàö³ÿ ï³äõîäèòü íàáàãàòî á³ëüøå, í³æ àíàëîãîâà.

Ïðîöåñ îöèôðîâóâàííÿ àíàëîãîâî¿ ³íôîðìàö³¿ ïðîõîäèòü äâà îñíîâí³

åòàïè. Íà ïåðøîìó àíàëîãîâà ³íôîðìàö³ÿ ðîçáèâàºòüñÿ íà íåâåëèê³ ð³âí³

÷àñòèíè. Íà äðóãîìó åòàï³ êîæíà ÷àñòèíà àíàë³çóºòüñÿ ³ çàøèôðîâóºòüñÿ

ñïåö³àëüíèìè àëãîðèòìàìè ó êîäè ç ïîñë³äîâíîñò³ îäèíèöü ³ íóë³â.

ÀÖÏ ìîæå áóòè ïîáóäîâàíî íà îñíîâ³ ÖÀÏ, ë³÷èëüíèêà ³ìïóëüñ³â ³ êîì-

ïàðàòîðà. Ñïðîùåíà ñòðóêòóðíà ñõåìà òàêîãî ÀÖÏ íàâåäåíà íà ðèñ. 8.18.

Öèêë ïåðåòâîðåííÿ àíàëîãîâîãî ñèãíàëó, ïðåäñòàâëåíîãî ÿê íàïðóãà

U

âõ

, ó äâ³éêîâèé êîä, ñêëàäàºòüñÿ ç òàêèõ îïåðàö³é.

Íàïðóãà U

âõ 

ïîäàºòüñÿ íà âõ³ä ïðèñòðîþ – îäèí ç âõîä³â êîìïàðà-

òîðà  Ê.  Ñèãíàë  ç  âèõîäó  êîìïàðàòîðà  äîçâîëÿº  ðîáîòó  ãåíåðàòîðà

³ìïóëüñ³â Ã².

Ñèãíàë Ïóñê âñòàíîâëþº íóëüîâèé ñòàí ³ äîçâîëÿº ðîáîòó ë³÷èëüíè-

êà ³ìïóëüñ³â Ë², ùî ïî÷èíຠçàïîâíþâàòèñü ³ìïóëüñàìè Ã².

Êîä ç âèõîäó Ë² ïîäàºòüñÿ íà öèôðîâ³ âõîäè ÖÀÏ (âõîäè êåðóâàííÿ

êëþ÷àìè). Ó ðåçóëüòàò³ ç âèõîäó ÖÀÏ ñòóï³í÷àñòî çðîñòàþ÷à íàïðóãà

íàäõîäèòü íà äðóãèé âõ³ä êîìïàðàòîðà. Ï³ñëÿ äîñÿãíåííÿ ö³ºþ íàïðóãîþ

çíà÷åííÿ U

âõ 

êîìïàðàòîð çàáîðîíÿº ðîáîòó ãåíåðàòîðà, à íà âèõî䳠˲

ìàºìî ïðÿìèé ïàðàëåëüíèé äâ³éêîâèé êîä, ùî â³äïîâ³äຠçíà÷åííþ U

âõ

.

205

8. ÖÈÔÐβ Ì²ÊÐÎÅËÅÊÒÐÎÍͲ ÏÐÈÑÒÐί

Ê

ÖÀÏ

 Ë²

  Ã²

Ïóñê

Âõ³ä

U

âõ

Äîçâ³ë ðîáîòè

Âèõ³äíèé   

êîä

Ðèñ. 8.18 – Ñòðóêòóðíà ñõåìà ÀÖÏ

Ðåàëüíî æ äëÿ çá³ëüøåííÿ øâèäêîñò³ ïåðåòâîðåííÿ çàñòîñîâóþòü

á³ëüø ñêëàäíèé àëãîðèòì. Äî âõîä³â ÖÀÏ çàì³ñòü ë³÷èëüíèêà ï³äìè-

êàºòüñÿ  ðåã³ñòð  ïàì’ÿò³.  Ï³ñëÿ  ïóñêó  ñõåìà  êåðóâàííÿ  âñòàíîâëþº

ðåã³ñòð ó ñòàí, ÿêîìó â³äïîâ³äຠîäèíèöÿ ó ñòàðøîìó ðîçðÿä³ ³ íóë³ ó

âñ³õ ³íøèõ. Ïðè öüîìó íà âèõîä³ ÖÀÏ ôîðìóºòüñÿ íàïðóãà, ùî äîð³â-

íþº ïîëîâèí³ ä³àïàçîíó ïåðåòâîðåííÿ. ßêùî âîíà ìåíøà çà U

âõ

, òî â

ñòàðøèé ðîçðÿä ðåã³ñòðà çàïèñóºòüñÿ íóëü, à ó äðóãèé çà ñòàðøèíñòâîì

îäèíèöÿ. Öå â³äïîâ³äຠíàïðóç³ íà âèõîä³ ÖÀÏ, ð³âí³é ïîëîâèí³ ïîïå-

ðåäíüî¿. Ó ðàç³ ïåðåâèùåííÿ U

âõ

 ö³º¿ íàïðóãè îäèíèöÿ âñòàíîâëþºòüñÿ

ó òðåòüîìó çà ñòàðøèíñòâîì ðîçðÿä³ ³ âèõ³äíà íàïðóãà ÖÀÏ çá³ëüøóºòü-

ñÿ ó 1,5 ðàçó. Îïèñàíà ïðîöåäóðà ïîâòîðþºòüñÿ äîòè, äîêè íà âèõîä³

ÖÀÏ íå ñôîðìóºòüñÿ íàïðóãà, ùî â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä U

âõ

 íå á³ëüø í³æ íà

òó, ùî â³äïîâ³äຠîäèíèö³ ìîëîäøîãî ðîçðÿäó ÖÀÏ.

Ïåðåòâîðþâà÷³,  ùî  ïðàöþþòü  çà  òàêèì  àëãîðèòìîì,  íàçèâàþòü

ÀÖÏ  ïîñë³äîâíîãî  íàáëèæåííÿ.

Íà ðèñ. 8.19 íàâåäåíî óìîâíå ïîçíà÷åííÿ ²ÌÑ ôóíêö³îíàëüíî çàê-

³í÷åíîãî (òàêîãî, ùî íå âèìàãຠâèêîðèñòàííÿ äîïîì³æíèõ åëåìåíò³â)

ÀÖÏ ïîñë³äîâíîãî íàáëèæåííÿ Ê1113ÏÂ1. Â³í ïðèçíà÷åíèé äëÿ ðî-

áîòè ç ì³êðîïðîöåñîðíèìè ïðèñòðîÿìè ³ º ñóì³ñíèì ç ì³êðîïðîöåñîðàìè,

ùî ïðàöþþòü ç ÒÒË-ð³âíÿìè ñèãíàë³â. Éîãî âèõ³äí³ âóçëè ìàþòü òðè ñòà-

íè: äâà ëîã³÷íèõ (0 òà 1) ³ òðåò³é – ñòàí âèñîêîãî ³ìïåäàíñ󠖠ñòàí â³ä³ìêíåí-

íÿ, ùî çàáåçïå÷óº ïðîñòå ñïðÿæåííÿ ç øèíîþ äàíèõ ì³êðîïðîöåñîðà.