无线电电子与电气工程百科全书 ADC KR572PV5的应用。 无线电电子电气工程百科全书 在过去的 10 年里,业余无线电文献中发表了一些基于模数转换器 KR572PV5 的数字测量仪器的描述。 在本文中,我们将向您介绍该 ADC 的工作原理:其设备以及其中发生的过程。 毫无疑问,读者会对有关打开转换器的非标准选项及其应用的一些功能的信息感兴趣。 ADC KR572PV5 的目的是将模拟信号电压转换为数字形式,以便随后通过数字指示器显示信号电平。 该设备设计为与四位液晶数字指示器配合使用。 KR572PV5 芯片采用 CMOS 技术制造。 转换器(图 1)由模拟部分和数字部分组成。 模拟部分包含电子开关 S1-S11、以中继器模式运行的缓冲运算放大器 DA1、运算放大器 DA2 上的积分器以及比较器 DA3。 数字部分包括发生器G1、逻辑器件DD1、脉冲计数器DD2、带有输出译码器的存储寄存器DD3。 该转换器采用双积分原理,首先将放电后的积分电容Sint以与被测电压成正比的电流充电一定时间,然后以一定电流放电至零。 电容器放电的时间与测得的电压成正比。 这个时间是用脉冲计数器测量的; 从其输出,信号被发送到指标。 测量的电压 Uin 提供给转换器的输入(引脚 30 和 31)以及引脚。 参考图36和35-示例性Uobr测量周期(图2)由三个阶段组成-信号积分,即对积分电容器充电(CIC)、对积分电容器放电(RIC)和自动调零(ACC)。 每个级对应于由MOS结构的晶体管上的开关S1-S11执行的转换器元件的特定切换。 在图一的图上。 1 开关上的铭文指示“触点”闭合的阶段。 该阶段的持续时间由计数器 DD2 精确设置,与时钟频率 fT 的周期成正比。 在ZIK阶段,持续4000个时钟频率周期,输入信号通过开关S1、S2和缓冲放大器DA1被馈送到积分器DA2的输入。 这会导致 Sint 电容器上的电荷积累,与所施加的输入电压成比例且符号对应。 DA2 积分器输出端的电压以与输入信号成比例的恒定速率变化。 假设在ZIK阶段开始时,电容器Sint和Sakn上的电荷以及运算放大器DA1-DA3的零偏置电压均为零(Sakn是自动校零单元的存储电容器)。 由于DA2积分器的输入电流较小,因此电容器Sakn两端没有电压变化,实际上不会影响积分过程。 电容器 Sobr 仍然是上一个周期从参考电压源充电至 Uobr 的状态。 DA3 比较器的灵敏度使其能够正确确定输入信号的极性,即使信号明显小于一个计数也是如此。 当转换器工作在 RIC 级时,没有接收到积分器 DA2 的输入信号。 开关 S7、S8 或 S6、S9 将充电到参考电压的电容器 Sobr 连接到其输入端,并以电容器 Sint 放电的极性(这是选择一对或另一对开关的原因)。 放电持续到电容器Sint完全放电,即运算放大器DA2的输出处的电压变为零。 此时,与Sint电容并联的DA3比较器被触发,完成RIC阶段。 电容器Sobr和Sakn的电荷实际上没有改变。 电容器Sint的放电时间,以时钟脉冲的周期数表示,是计数器DD2中记录的测量结果。 计数器的状态被重写到DD3寄存器中,然后解码成七元代码后,将信号发送到指示器。 当电压Uin的符号与图1所示相反时, 1、指示器HG1的元素d1表示负号。 过载时,显示屏上仅保留最高有效数字中的数字 XNUMX 和减号(表示负电压)。 阶段 AKN 从计数器 DD2 的终止开始,此时逻辑器件 DD1“闭合触点”开关 S3、S4 和 S11。 由此产生的跟踪系统将电容器 Sint 和 Sakn 充电到补偿运算放大器 DA1-DA3 的“零”偏移的电压。 在接下来的 ZIK 和 RIK 两个阶段中,它保持不变。 结果,由于“零”偏移而导致的输入误差减小,其温度漂移不超过 10 μV。 所有转换器节点的操作均由内置时钟发生器控制。 其脉冲的重复率由外部元件Rr和Cr决定。 为了抑制频率值为 50 Hz 倍数的电源干扰,应选择时钟频率,以便在积分期间,等于时钟发生器 Tt 的 4000 个周期,适合整数 Nc 的电源电压周期(电源周期为 20 ms)。 因此,4000TT = 20 Nc ms,其中 Nc = 1、2、3 等。 因此,fT = 1/Тт = 200/Nc kHz,即 200、100、67、50、40 kHz; 通常不使用较小的值。 时钟发生器的频率设置电路的额定值通过公式Cr = 0,45 / ft · Rg 计算。 为了提高端子 39 和 40 之间的频率稳定性,可以包括石英谐振器(在这种情况下,不需要元件 Rr 和 Cr)。 当转换器通过外部发生器运行时,时钟脉冲被施加到引脚。 40; 别针。 38 和 39 是空闲的。 器件的输入电压限值取决于参考电压 Uobr,并由关系式 UBX max = ±1.999 Uobr 确定。 指标的当前读数应表示为等于 1000 UBX / Urev 的数字,但实际上它们会低 0,1 ... 0,2%。 时钟频率为 50 kHz 时的测量周期为 320 ms。 换句话说,设备每秒进行 3 次测量。 图 3 显示了用于打开转换器的典型电路、其与液晶指示器和控制指示器小数点所需的四个异或元件的连接。 7. 转换器设计为单极性电源,稳定电压范围为 10 至 1 V。电源正极线连接到该引脚。 26、负极-至引脚。 9、在电源电压为1V±25%、环境温度为5±1,8℃时,最大电流消耗不超过100mA,同时转换误差不超过一位最低有效数字。 输入电阻仅由泄漏决定,并且明显超过 XNUMX MΩ。 该转换器配备了两个内置电源,一个的电压为 2,9 ± 0,5 V,第二个的电压约为 5 V。第一个的正极连接到该引脚。 1、减号 - 带销钉。 32(该输出被认为是转换器模拟部分的公共线)。 第二个源在同一引脚上有一个加号。 1,以及引脚上的减号 - 。 37. 第一个(三伏)电源用于通过电阻分压器生成参考电压。 当微电路的电源电压在7,5…10V内波动时,该源的输出电压变化不超过0,05%; 电压温度系数为正,不超过0,01%/℃。 在实验室条件下(空气温度波动在 15 ... 25 °C 范围内)工作时,传感器的这些参数为万用表提供了非常高的精度,并且在更广泛的温度范围内进行许多测量是完全可以接受的。 同时,源的输出阻抗相当大 - 在 1 mA 的负载电流下,其输出电压下降约 5%,在 3 mA 时 - 下降 12%。 因此,所示的电压稳定性仅在恒定负载下才能实现。 如果负载连接到引脚。 26和32中,负载电流不能超过10μA。 电源的这一属性允许您组织转换器的双极电源 [1],其中电源两个臂的公共线需要连接到引脚。 32、导线的负肩——对针。 26、正极-至销钉。 1; 电源电压限制 - 2x (3,5 ... 5) V。 第二个(五伏)电源用于为液晶显示器的控制电路供电。 这个源的正输出是 vyv。 1、负极——引脚。 37. 电源的电压稳定性比三伏电源差10倍左右。 负载能力也很低——在负载电流为 1 mA 时,输出电压降低 0,8 V,因此它几乎可以专门用于为控制 LCD 的微电路供电。 在输出 F 处,转换器生成一系列“曲折”型矩形脉冲,其频率比时钟频率低 800 倍(fT = 62,5 kHz 时为 50 Hz)。 在连接到指示器数字元件的输出处,电压具有相同的幅度、波形和频率,但对于不可见元件,它与输出F处的电压同相,而对于可见元件,它与输出端F处的电压异相。 这些脉冲的低电平对应于 -5 V(引脚 37),高电平对应于零(引脚 1)。 为了调整时钟发生器,输出端 F 的脉冲频率等于电源频率时会很方便。 在屏幕上观察它们的示波器与电源同步,时钟发生器被调谐到图像几乎静止的频率(接近 40 kHz)。 要控制四个小数点,需要额外的四个异或门(图 1 中的 DD3)。 他们为未指明的逗号重复“蜿蜒”阶段,并将其反转为应该可见的逗号。 要指示特定逗号,只需将相应的逗号控制输入连接到引脚即可。 1 - 电源公共点(其余输入保持空闲)。 当使用 DD1 芯片时,这意味着所选输入将施加高电平。 如前所述,KR572PV5 芯片上的 ADC 测量输入 Uin 和 Uobr 处的电压值之比。 因此,其应用有两个主要选择。 传统的选择是电压Uobr 不变,Uin 在+2Uobr 范围内变化(或从0...2Uobr)[1-5]。 在这种情况下,电容器 Sint 两端和积分器 DA2(图 1)输出端的电压变化如图 4 所示。 XNUMXa. 在第二种变体中,电压Uin保持恒定,而Uobr变化。 该变体在[6]中使用并如图 4 所示。 3,b 当 Uin 和 Uar 都随着测量值的变化而变化时,混合变体也是可能的([7]中的图 2)。 作为转换器一部分的 OU 输入和输出处的电压不应超出线性工作模式的限制。 通常,会指示 +4 V 限制,这意味着使用内置参考电压源时相对于模拟公共线的电压变化。 米。 图2示出了运算放大器DA30的输出处的最高电压由转换器的输入端Uin处的最大电压确定。 积分器输出端相对于引脚的电压符号。 31 与引脚上电压的符号相反。 1,Uint值可以通过以下公式计算:4000)Uint = 1Uin/(Cint∙Rint∙fT)。 (XNUMX). 该公式中的电压以伏特为单位,电容以微法为单位,电阻以千欧姆为单位,时钟频率以千赫兹为单位。 我们马上注意到,为了保证Sint电容正常放电,其上的电压必须小于引脚之间的电压。 1 和 32 的裕度为 0,2 ... 0,3 V。因此,对于微电路的单极电源,它不应超过 2 V,而对于微电路的单极电源,它不应超过 3 .... 4 V(取决于电源电压) - 使用微电路时,它不应超过 4000 V。双极性的。 为了确保最大的测量精度,希望 Sint 电容器上的电压极值之一(在大范围内变化)接近可能的最大值。 这决定了积分器 Sint 和 Rint 元素的正确选择:Sint ∙ Rint = 2Uin/(Uint∙ft), (1),其中尺寸与 (40) 中的相同。 建议电阻值 Rint=470...0,1 kOhm,对于最大电压 Uin,有必要选择更接近上限的 Rint,对于最小值 - 接近下限。 Sint 电容器的电容通常为 0,22 ... XNUMX μF。 为了提高测量精度,建议将被测电压源和参考电压源的输出之一连接到模拟公共线。 然而,当没有输入端子接地时,将转换器输入差分连接到其各自的源是具有实际意义的。 在这种情况下,输入端的共模电压*可以采用从零到Upit的任何值。 理想电子设备的输出信号与其输入端的共模电压无关。 据说这种器件可以完全抑制共模干扰电压。 在实际设备中,共模电压抑制不完全,会导致各种错误。 根据护照,KR572PV5 转换器输入端的共模电压抑制为 100 dB,但未标明其允许极限,在该极限下 ADC 仍保持规定的精度。 因此,输入端 Uin 和 Uobr 的共模电压限值通过实验确定。 选择电压 Uobr 等于 100 mV,Uin - 195 mV,时钟频率 - 50 kHz,Synth - 0,22 μF,Rint - 47 kOhm。 对于这样的参数组合,在 ZIK 级结束时积分器 DA2 输出端和电容器 Sint 上的电压 Uint(通过公式(1)计算)为 1,55 V。 实验内容是借助两个稳压电源,改变其中一个输入端的共模电压,根据指示板的指示估算电压测量误差。 另一个输入的共模电压以及 Uin 和 Uobr 的值通过电阻分压器保持固定。 然后以同样的方式检查另一个入口。 实验过程中发现,输入共模电压 Uobr 可以在电源电压的整个范围内变化,前提是 Uobr < 2 V 并保持指定的极性(图 3)。 各输入端子的电压不得超出该区间。 有了输入Uin,情况就更复杂了。 这里有两种情况需要考虑。 如果输入信号的极性对应于图。 1和3,引脚上的电压。 31 应小于(负)引脚 1,不小于 0,6 V。这是由运算放大器 DA1 作为跟随器的线性操作范围决定的。 在 ZIK 阶段结束时,DA2 积分器(引脚 27)的输出电压变得比引脚小 Uint。 30. 端子处的电压电平比如图 5 所示。 XNUMXa - 右下角的粗线。 随着共模输入电压Uin接近区间Upit的下边界,运算放大器DA2的操作的非线性开始影响。 对于基于 CMOS 晶体管的运算放大器,运算放大器的线性工作范围接近全电源电压,因此引脚上的电压也接近。 30 应保持大于引脚上的值。 26、给Uint值加上一个小余量(大约0,2V)——图5左下部分的第二条粗线。 XNUMX、a. 当输入信号极性相反时,积分器输出端的电压比引脚处的电压高 Uint。 30(图5,b),因此它决定了引脚上的允许电压。 30 接近引脚上电压的上限。 1. 经实验确定,裕度也应不小于 0,2 V,因此,对于 Uint × 1,55 V,Uvyv.1 - Uvyv.30 之差必须超过 1,75 V。 随着共模输入电压 Uin 接近引脚电压。 26再次主要作用开始发挥OS DA1的线性操作的允许范围。 最小允许差 Uvyv.31 - Uvyv.26 - 约 1 V(图 5,6)。 因此,粗线示出了电压坐标轴上的一个极性Uin和另一极性Uin的总和Uint+Uin的极限位置。 从所得结果可知,为了测量信号电压,其共模分量尽可能接近引脚电压。 1、信号源应按图所示极性连接。 1和3.如果共模分量接近管脚电压。 26、连接的极性一定要接反。 在测量电压的极性可变的情况下,为了获得允许的共模电压的尽可能宽的限制,可以通过增加电容将积分器输出端的电压 Uint 降低到 0,5 V电容Sint的阻值或电阻Rint的阻值根据公式(2)。 当 ADC 工作期间输入 Uin 处的电压不改变极性时,您可以拒绝电容器 Collect,但需要将示例性电压施加到引脚。 32 和用于连接该电容器的引脚之一。 示例性电压可以作为加号施加到引脚。 33,负号 - 到引脚。 32,但是输入电压的极性必须相反。 指示器将“突出显示”减号(当然,如果指示器的该元素已连接)。 在不希望改变电压连接 Uin 的极性的情况下,可以以其他方式向输出施加电压 Uobr - plus。 32、负号-到引脚。 34. 显示屏上不会出现减号,但内置的三伏电源不适合形成示例性电压。 为了减少安装寄生电容对测量精度的影响,特别是在共模电压较高的情况下,建议在印刷电路板上提供环形导体,覆盖Sint元件的安装部位。 林特和萨肯。 该导体连接至引脚。 27 个筹码。 使用双面印刷电路板时,在与环形导体相对的背面,应保留连接到同一引脚的箔屏蔽垫。 27. 图 7 中的链条 R6C3 当输出+Uin可以连接到测量设备外壳外部的任何元件并且输出-Uin-连接到公共电线时,图3的作用是保护输出+Uin免受静电影响。 如果可以将其他 ADC 输入连接到外部电路,它们也受到类似电路的保护(例如,万用表 [51] 中的 Uin 输入就是这样做的)。 输入Uobr 的保护电阻阻值必须减小到XNUMX kOhm,否则仪器读数的稳定时间会太长。 关于电容器 Sobr 和 Saqn 的电容。 各种文献中推荐的值如下:对于200 mV的最大输入电压,Collect = 1 μF,Sacn = 0,47 μF; 对于 Uin × 2V - 0,1 和 0,047 uF 也是如此。 如果在工作期间电压Uobr(提供给引脚35和36)不变,那么为了提高ADC的精度,电容Collect可以相对于指定值增加几倍,并且如果它可以改变(例如, ,在[2,6,7]中),不希望显着增加电容,因为这会增加设置读数的时间。 电容器 Sakn 的电容显着影响转换器输入过载后读数的稳定时间。 因此,在所有提到的设备中(除了温度计 [4, 5],过载实际上是不可能的),最好遵守上面推荐的电容值。 新华特积分电容必须采用低吸收电介质,例如K71-5、K72-9、K73-16、K73-17。 在电容器 Sobr 和 Sakn 上的电压可能发生变化的情况下,为了减少读数的稳定时间,最好对它们使用相同的电容器。 如果其上的电压没有变化,则可以使用陶瓷电容器,例如KM-6。 由于双积分原理本质上对时钟频率或积分率的变化(在合理范围内)不敏感,因此对电阻 Rint 的稳定性和 ADC 发生器的频率设置元件没有特殊要求。 当然,决定电压 Uobr 的分压器的电阻器必须是稳定的。 现在我想对发表在“Radio”杂志上的ADC KR572PV5的数字测量仪器杂志上发表的一些元素进行简要评论和澄清。 万用表 [2]。 积分电容器 C3(图 1)的电容或积分电阻 R35 的电阻可以加倍,这样就无需选择电阻 R35。 这也将允许您在设置期间设置一次时钟频率 (50 kHz),同时监控输出 F (62,5 Hz) 处的信号频率。 存储电容器C2(收集)可以使用陶瓷KM-6。 以上所有内容均适用于万用表 [3]。 电容表[7]。 最好将积分器电容器 C11(图 1)的电容减小至 0,1 μF,并将 C14 (Sakn) 增大至 0,22 μF。 为了减少读数的稳定时间,建议选择具有良好电介质的电容器 C10 (Col) 和 C14。 由于ADC输入U处的电压符号不变,因此可以排除电容器C10。 为此,根据该方案,应将电容器 C9 的上端子切换至该引脚。 33 DD5 微电路(不能与引脚 36 断开)并将导体更改为引脚。 30和31。 RCL 计[1]。 存储电容C19(图2)的电容最好增加到1μF,但可以根据电路和引脚通过连接电阻器R21的下输出来排除。 35微电路DD10及其引脚。 32、修剪机发动机——带销。 33,并改变导体之间的连接,直至销钉。 30和31; 电阻器 R22 也被排除在外。 最后,谈谈组合结构的可能性。 这种组合的诱惑在于,无需为每个设备购买昂贵的微电路和指示器,也无需组装相当费力的组件。 我们立即注意到,除了 [1, 3] 之外的所有仪表都对时钟频率不敏感,当然,如果它是从推荐系列中选择的,并相应地重新计算元件额定值。 要从 50 kHz 切换到 40 kHz,只需将积分器电阻器 Rint 的阻值增加 20% 即可;对于 100 kHz 的频率,将电容器 Sint、Sobr、Cakn 的电容减小两倍。 在保持 RCL 表 [1] 元件的额定值及其 40 kHz 时钟发生器频率的同时,除电容表 [7] 外,任何其他设备都可以与其组合。 相反,对于具有上述 Sint 和 Sakn 说明的仪表 [7] 以及 100 kHz 的时钟频率,允许结合除 [1] 之外的任何其他设计。 在没有 ADC KR572PV5 或液晶指示器 IZhTs5-4/8 的情况下,此处描述的仪表可以组装在 KR572PV2 和具有共阳极的 LED 数字指示器上,例如 [8,9] 中所做的那样。 您现在正在阅读的文章的所有建议也适用于基于 KR572PV2 ADC 的设备。 请注意,万用表 [8, 9] 使用转换器的对称电源,因此选择值 Sint = 0,1 μF 是相当合理的。 在基于 ADC KR572PV2 的设备中,应使用一个单独的 4 ... 5 V 电源,电流约为 100 mA,为 LED 指示灯供电。 它的负极连接到引脚。 21 个微电路(数字公共线),不必连接到公共模拟线。 请注意,使用 LED 指示灯时,流经转换器内部电路的总电流取决于显示的数字。 因此,在测量过程中,微电路晶体的温度会发生变化,从而显着改变三伏电源的电压,降低读数的准确性。 这就是为什么在万用表中使用单独的示例源 [8, 9]。 [572] 中描述了将真空发光指示器连接到 ADC KR2PV4A 的选项。 文学
作者:S. Biryukov,莫斯科 查看其他文章 部分 业余无线电设计师. 读和写 有帮助 对这篇文章的评论. 科技、新电子最新动态: 世界最高天文台落成
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