Принципиальная схема 16-разрядного АЦП

[Алекс Василич]

Эхехех... Ну право слово, ну не путай АЦП последовательного приближения с параллельными и интегрирующими АЦП то...
В АЦП последовательного приближения измеряемое напряжение сравнивается сначала с половиной опорного (референсного) напряжения, затем к этой половине опорного прибавляется (или вычитается, в зависимости от результата сравнения) половина от этой половинки, затем после очередного сравнения еще половина от половинки половинки и так далее, сколько разрядов, столько операций сравнения. В результате получаем двоичный код, соответствующий измеряемому напряжению с точностью до величины наименьшей половинки.
В АЦП параллельного типа есть делитель из набора резисторов и компараторы, равные по количеству 2^(число разрядов-1), а так же приоритетный дешифратор, преобразующий в двоичный код номер компаратора, на котором измеряемое напряжение превысило опорное напряжение с делителя.
В интегрирующих АЦП заряжается измерительный конденсатор от измеряемого напряжения и затем замеряется время разряда этого конденсатора на тарированную нагрузку. Во время разряда конденсатора работает тактовый генератор и счетчик импульсов. Сколько импусьсов поступило на счетчик во время разряда конденсатора - таков и будет выходной двоичный код преобразования.

[Ralf]

ну, во- первых, сочувствую. Таково сверхдыбильного задания надо ещё поискать. Данная схемотехника устарела минимум на 25-30 лет.
теперь по-теме:
1. ATD АЦП-по вашему последовательного приближения категорически требует Устройства Выборки-Хранения. Дабы младшие разряды хоть что-то отображали. Есть (точнее - были) такие микросхемы. Хотя, судя по заданию их лучше собирать на транзисторах или даже на реле. На вскидку и не помню. Но поискать - нет проблем.
2. Двоичный код для вывода на индикацию придеться преобразовать в двоично-десятичный. Менингит на рассыпухе ещё тот. При царе горохе выпускались микросхемы 155ПР6, 155ПР7. По-памяти двоичный в двоично-десятичный переводит ПР6. НО! Одна микросжема обслуживает (по-памяти) 6 разрядов. Каскадирование этой мерзости сложное и было описано только в одной книге. Кажется, Искусство схемотехники. Ну, или полупроводниковая схемотехника. На вскидку потребуется около 5 корпусов. жрут как лошади. Но это - не всё. Опосля надо поставить ещё дешифратор из двоично-десятичного в семисегментный. Ещё 4 корпуса.
Если делать эту херню в железе, потребуется 3 источника питания. Да, и истчо, по-нормальному надо бы добавить истчо один регистр дабы индикатор не мигал во время преобразования. Это ещё 2-4 корпуса. и закончить программным автоматом который создает синхроимпульсы для каждого участка схемы.
а теперь посылаешь дыбила-учителя нах и берешь один (1) корпус сверхдревней микросхемы 572ПВ2 или 572ПВ5 и - вуаля - есть ацп с индикацией. И штук 6 деталей в обвязке. Правда, это интегрирующий АЦП и разрядность у него около 12 разрядов. Но для нормальных людей - достаточно. Кстати, забыл, задля точности аналоговая часть в твоём опусе должна иметь точность элементов на уровне 0.001%. Здорово? И особенно - источник эталонного напряжения. А иначе все показания - цена на дрова. А как гениальный препод предлагал калибровать это чудо техники. То есть если бы ты делал его в натуре? Ведь для этого нужны эталоны на уровне не хуже тех же 0.001% а точнее - выше.
Ну, и последнее. Сейчас валом нормальных ацп в одном корпусе и с интерфейсом к микропроцессору. Хочешь жуть-точность? нет проблем! ставишь дельта сигма АЦП с микропроцессором в одном корпусе и делаешь с ним шо хош. Только кому это надо?

[Алекс Василич]

Устройства Выборки-Хранения [...] лучше собирать на транзисторах или даже на реле.

оооууу, щееет! Вот эта крута! Чеж я сразу то недодумался до этого! А ведь и правда прикольно. Мдяя. Я тож на вскидку не припомню волшебного реле с памятью и с 12-ю контактными парами.

Каскадирование этой мерзости сложное...

Не сложнее, чем соединить проводками выводы. Сложное - это когда куча дополнительной логики, дискретных компонентов.

а теперь посылаешь дыбила-учителя нах

Вот именно поэтому ты и применяешь реле в схемах выборки-хранения А если бы не пропустил этап изучения элементарной дискретной логики, то знал бы, что устройство хранения информации - это всего лишь триггер-защелка, но никак не транзистор или реле. Реле не может хранить информацию на другом конце контакта после его размыкания Да и транзистор тоже..

Правда, это интегрирующий АЦП

Во-во-во!
Я всегда удивлялся людЯм, которые способны написать многа букав, совершенно не задумываясь над тем, че пишут, ПО ТЕМЕ ЛИ ВООБЩЕ, и как всё это согласуется общемировой практикой.

[ForcePoint]

А если бы не пропустил этап изучения элементарной дискретной логики, то знал бы, что устройство хранения информации - это всего лишь триггер-защелка, но никак не транзистор или реле.

Неправда Ваша. УВХ это как раз устройство хранения аналоговой информации, а именно - входного сигнала АЦП на время преобразования.
Для его реализации были (есть?) готовые ИМС. А для достижения нужных точностных результатов есть множество способов. Кроме ОУ с мизерными входными токами:
поддержание на разомкнутом ключе коммутации запоминающего конденсатора разности потенциалов близкой к нулю (минимизация утечки ключа);
при использовании МОП-ключа (хотя мне кажется, что биполярные транзисторы и не использовались) использовать такой-же ключ, подключенный к выходу основного и управляемый в противофазе для компенсации инжекции заряда.

[Алекс Василич]

Аа, да, сорри. Не в ту сторону посмотрел. Однако, это устройство не обязательно, когда время преобразования сигнала меньше, чем время изменения сигнала на величину младшего разряда. Время преобразования = количество разрядов * период тактирования. А значит, нет такой категоричности. Так то.

[Alex9797]

при использовании МОП-ключа (хотя мне кажется, что биполярные транзисторы и не использовались)

Использовались, еще как. И более успешно, чем полевики. Два биполярника в инверсном включении, навстречу друг другу. Если применить подобранную пару, с идентичными характеристиками, то базовые токи создавали одинаковые падения напряжения на переходе база-коллектор, и практически полностью взаимно вычитались. Для этого использовались транзисторные сборки, в которых транзисторы были на одной подложке.

Преимущества перед ключами на полевиках - значительно меньшие коммутационные помехи, значительно меньшее сопротивление канала. Если у полевиков сопротивление в открытом состоянии было порядка 300...500 ом, то у биполярных - порядка единиц и долей ома.

[Ralf]

Лично Алексу Василичу.
Спивчуваю. Шутки надо понимать. Насколько мне кажется, взрослые должны это делать без смайликов. Дыбильное задание - дыбильные предложения. Вообще-то я радиоинженер с 35 летним стажем и в данный момент работаю в хайтеке Израиля. По специальности. Но эт так - к слову. каскадирование преобразователей кода далеко не тривиальная задача. Каждый преобразователь эквивалентен 3 сумматорам со связями Эт по памяти. Так как данная задача была интересна году так в 79 опосля окончания политеха. Каскадирование дает структуру типа пирамиды из которой надо вычленить триады эквивалентные одному корпусу преобразователя. Так что проволоку в руки. И соединяйте. это же фигня, не правда ли? Гораздо проще это делается на проце. есть стандартные алгоритмы преобразования BIN-BCD. но и там есть некоторые хитрые решения, которые я так понимаю, Вы знаете. Например на 86 проце 4-х разрядное преобразование кажеться занимает то ли 2 то ли 3 команды на ассемблере, в котором Вы похоже крутой спец. ассемблер в руки. Ну, можно написать и на Бейсике. Или как в том анекдоте:"на каком языке написана программа? - Канэчно, на русском!"
Теперича насчёт УВХ. изменение сигнала действительно не должно превысить половину младшего разряда за время преобразования. если у Вас восьмиразрядный АЦП это не составляет проблему. 16 разрядный уже относиться к инструментальным и требует нормального УВХ. А кондюк в УВХ? Вообще-то он должен быть весьма высококачественным. Без деэлектрической адсорбции. Что это - прекрасно может пояснить Алекс Василич. Конечно, это не 18 разрядный и даже не 24. и не надо говорить что есть 16 разрядные простые АЦП последовательного приближения. Они есть. Вот только используются для звука. Где главное монотонность. а как изогнута характеристика и прочие ошибки не всегда важны.
Кстати, уважаемый, а нафига у Вас гистерезис в компараторе? Эта фигня так же не должна превысить половину младшего разряда АЦП. Далее, ИР17 - регистр 12 разрядный. Задля 16 разрядов нужно добавить истчо один (кого сильно мутит - учите албанский!). Ну, и далее нужна 16- разрядная матрица резисторов с ключами. Впрочем, я забыл! Алекс Василич легко збацает это на транзисторах (может, лучше на реле?). Резисторами 5% точности. Ну-а-не!
Да, а как Вы предполагаете мерить отрицательное напряжение? Или по условиям задачи входное напряжение всегда положительное? Кстати, тактовый генератор не кварцован. Вывод - нормальное решение - проц с делта-сигма преобразователем. Или стандартная микросхема АЦП двойного интегрирования с выводом на индикацию. Впрочем, даже это легче купить на dealextreem у китайцев. Достаточно осветить учителю список проблем, чтобы (если он достаточно вменяемый),перестроить решение задачи на более современный или хотя бы теоретически выполнимый уровень. Напоминаю: Перевод 16 бит BIN-BCD - это куча корпусов, которые с удовольствием скрутит проволокой , Алекс Василич. + регистр на индикацию (дабы не моргало), + преобразователь BCD - 7 сегментный индикатор, которых и понадобиться всего-то 5 штук. Но не отчаивайтесь! Алекс Василич сбацает это на транзисторах! В итоге вы прийдёте к схеме какого-то цифрового вольтметра 80 годов. Портативного: снабжён 2 ручками. Надеюсь, Алекс Василич знает откуда эта цитата? Кстати, а нафига семисегментные индикаторы? Даёшь газоразрядные! Типа ИН1-ИН2! Но если чё, предлагаю приладить к АЦП Алекс Василича. Он посидит. переведет цифровые данные в нормальные цифры и потом покажет карточки с цифрами, как на фигурном катании.
Итого в чистом остатке: АЦП последовательного приближения используется для переменного входного сигнала в цепях цифровой обработки. Алекс Василич слободно приведёт вам блок-схемы фильтров и коэффициенты для их реализации. Правда, Алекс Василич? Хули там сбацать Эллиптичиский хвильтр 10-12 порядка? Для замера напряжения гораздо лучше подходят АЦП двойного интегрирования, дающие достаточную для потребителя точность и давным-давно реализованные в одном корпусе вместе с индикацией. Так лет 30 назад появилась микросхема, которую мы получали с надписью "Реал". Она была в позолоченном 48 выводном корпусе. Это потом вы узнали её как КР572ПВ2 в пластмассе. Впрочем ешё до того как её ободрали, она была известна как ICL7106 (могу и ошибиться, впрочем, точное название может сообщить Алекс Василич).

Да, 100 рублей на телефон не претендую. Мне здесь это хватит на 1 бутылку пива.

PS Творческих успехов, Алекс Василич! Электроника - это же оффигенно просто! https://kazus.ru/forums/images/smilies/icon_biggrin.gif

[KBH-I]

Два биполярника в инверсном включении, навстречу друг другу. Если применить подобранную пару, с идентичными характеристиками, то базовые токи создавали одинаковые падения напряжения на переходе база-коллектор, и практически полностью взаимно вычитались.

Извините, не совсем уверен, что правильно понял. Точнее, совсем запутался. Можно картинкой, а не текстом? А то как-то даже интересно стало.

[avp94]

Как то вот так:

[KBH-I]

1. Развязывающий транс в УВХ? Оригинально... Про это текстом не было.
2. "+" и "-" у транса - полярность обмоток или напряжения в открытом состоянии?
3. Ток базы Т2 разве не попадает в такой схеме в нагрузку?
4. Можно ли вообще использовать не активную, а емкостную нагрузку, чтобы получить УВХ?
5. С развязывающим-то трансом можно и получше придумать.