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ADC KR572PV5的应用。 无线电电子电气工程百科全书
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微电路采用CMOS技术制造。 转换器（图 1）由模拟和数字部分组成。 模拟电路包含电子开关 S1-S11、在中继器模式下运行的缓冲运算放大器 DA1、运算放大器 DA2 上的积分器和比较器 DA3。 数字部分包括发生器 G1、逻辑器件 DD1、脉冲计数器 DD2、带输出解码器的存储寄存器 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。 测得的电压 Uin 被提供给转换器的输入（引脚 30 和 31）。 并在输出36 和 35 - 示例性 Uarr。 测量周期（图 2）由三个阶段组成 - 信号积分，即积分电容器 (ICC) 充电、积分电容器 (RIC) 放电和自动零校正 (ACC)。 每个阶段对应于转换器元件的某个开关，由 MOS 结构的晶体管上的开关 S1-S11 执行。 在图的示意图上。 1 开关上的铭文表示“触点”闭合的阶段。 该阶段的持续时间由计数器 D02 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 的输入端。 这会导致 Sint 电容器上的电荷积累，与施加的输入电压成正比并在符号上对应。 OA2 积分器的输出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 Sint 和 Sakn 上的电荷以及运放 DA1-DA3 的零偏置电压均为零（Sakn 是自动零校正单元的存储电容）。 由于 DA2 积分器的输入电流很小，电容 Sakn 两端没有电压变化，实际上并不影响积分过程。 电容器 Sobr 从参考电压源到 Uobr 的前一个周期保持充电。 在 ZIK 阶段结束时，比较器 DA3 通过积分器 DA2 输出电压的符号确定输入电压的符号。 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。 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）。 放电一直持续到电容器 Sint 完全放电，即运算放大器 DA2 的输出电压变为零。 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 的电荷实际上不会改变。 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，然后，解码成七元代码后，信号被发送到指示器。 当电压 Uin 的符号与图 1 所示相反时。 如图1所示，指标HG1的元素g1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（用于负电压）。 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由内置时钟发生器控制。 其脉冲的重复率由外部元素 Rg 和 Cr 决定。 为了抑制频率值为 50 Hz 的倍数的电源干扰，应选择时钟频率，使得在积分期间，等于时钟发生器 Tt 的 4000 个周期，电源电压周期的整数 Nc（持续时间电源周期为 20 毫秒）。 因此，4000Тт = 20 Nc ms，其中 Nc = 1、2、3 等。 因此，1m = 1/Tm = 200/Nc kHz，即 200、100、67、50、40 kHz； 通常不使用较小的值。 时钟发生器频率设置电路的额定值由公式 Cr = 0,45 / ft * Rg 计算。 为了增加端子 39 和 40 之间的频率稳定性，可以包括一个石英谐振器（在这种情况下，不需要元件 Rg 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 是免费的。 器件的输入电压限值取决于参考电压 Uobr，并由比率 Uin.max=±1,999 Uobr 确定。 指标的当前读数应表示为等于 1000 Uin / Uobr 的数字，但实际上它们会低 0,1 ... 0,2%。 时钟频率为 50 kHz 的测量周期为 320 ms。 换句话说，该设备每秒进行 3 次测量。 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如图 3 所示。 7. 转换器为单极电源设计，稳定电压范围为10～1V。电源正极接管脚。 26，负 - 到引脚。 9. 电源电压1V±25%，环境温度5±1,8℃，最大电流消耗不超过100mA，转换误差不超过低位一位。 输入电阻仅由泄漏决定，并显着超过 XNUMX MΩ。
该转换器配有两个内置电源，一个电压为2,9±0,5 V，第二个约为5 V。第一个的正极连接到引脚。 1，减号 - 带销。 32（此输出被认为是转换器模拟部分的公共线）。 第二个来源在同一个引脚上有一个加号。 1，负号 - 在引脚 37 上。 第一个（三伏）电源用于使用电阻分压器生成参考电压。 当微电路供电电压在7,5～10V范围内波动时，本电源输出电压的变化不超过0,05%； 电压温度系数为正且不超过 0,01% /°C。 传感器的这些参数提供了非常高的万用表精度，建立在它的基础上，在实验室条件下工作时（空气温度波动在 15 ... 25°C 内），并且对于更宽温度范围内的许多测量是完全可以接受的. 同时，电源的输出阻抗相当大——在负载电流为 1 mA 时，其输出电压下降约 5%，在 3 mA 时——下降 12%。 因此，指示的电压稳定性仅在恒定负载下实现。 如果负载连接到引脚。 26和32，负载电流不能超过10μA。 电源的这一特性允许您组织转换器 [1] 的双极电源，其中电源的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——对针。 一; 电源电压限制 - 1x (2 ... 3,5) 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。 在输出端 F，转换器生成一系列“曲折”类型的矩形脉冲，其频率比时钟频率低 800 倍（在 fт = 62,5 kHz 时为 50 Hz）。 在连接到指示数字元素的输出端，电压具有相同的幅度、形状和频率，但对于不可见元素，它与输出 F 处的电压同相，对于可见元素，则异相。 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。 要指示特定的逗号，只需将相应的逗号控制输入连接到引脚即可。 1 - 电源的公共点（其余输入空闲）。 当使用包含 DD1 芯片时，这将意味着将高电平应用于所选输入。 如前所述，KR572PV5芯片上的ADC测量输入Uin和Uobr处电压值的比值。 因此，它的应用有两个主要选择。 传统选项 - 电压 Uobr 不变，Vin 在 ±2Uobr 内变化（或从 0...2Uobr）[1-5]。 在这种情况下，电容器 Sint 和积分器 DA2（图 1）输出端的电压变化如图 4 所示。 6a。 在第二种变体中，电压 Uin 保持不变，而 Uobr 发生变化。 该变体在 [4,6] 中使用，如图 3 所示。 7. 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（[XNUMX] 中的图 XNUMX）。
作为转换器一部分的 OU 的输入和输出电压不应超出线性工作模式的限制。 通常，会标明 ±2 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4显示运算放大器DA2输出的最高电压由转换器输入Uin的最大电压决定。 积分器输出端电压相对于引脚的符号。 30 与引脚上的电压符号相反。 31，Uint值可以使用公式计算： Uint=4000Uin/(Sint*Rint*ft)。 （一）。 该公式中的电压以伏特表示，电容以微法为单位，电阻以千欧为单位，时钟频率以千赫兹为单位。 马上，我们注意到为了保证电容 Sint 的正常放电模式，它上面的电压必须小于引脚之间的电压。 1 和 32 的余量为 0,2 ... 0,3 V。因此，对于微电路的单极电源和 2 .... 3 V（取决于电源电压），它不应超过 4 V - 与双极之一。 为了确保最大的测量精度，希望 Sint 电容器上电压的极值之一，在很宽的范围内变化，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：Synt*Rint=4000Uin/(Uint*ft), (2)，其中尺寸与 (1) 中的相同。 建议电阻值 Rint = 40...470 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。 Synth 电容器的电容通常为 0,1...0,22 µF。 为了提高测量精度，建议将测量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它们各自的源极具有实际意义。 在这种情况下，输入端的共模电压（输入端的共模电压是在一个输入端和另一个相对于任何电源线测量的两个电压值的算术平均值）可以取任何值零到 Upit。 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，但未标明其允许限值，在该限值时 ADC 仍保持规定精度。 因此，输入 Uin 和 Uobr 的共模电压限值是通过实验确定的。 选择的电压 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，由公式 (2) 计算得出的积分器 DA1 输出端和 ZIK 级末端电容器 Sint 上的电压 Uint 为 1,55 V。 实验包括在两个稳压电源的帮助下，改变其中一个输入的共模电压，并根据指示板的指示估计电压测量误差。 另一个输入的共模电压和 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。 在实验过程中，结果表明输入共模电压 Uobr 可以在整个电源电压范围内变化，前提是 Uobr<2 V 并保持指定的极性（图 3）。 每个输入端的电压不得超过该间隔。 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。
随着输入共模电压和“接近区间Upit的下限，运放DA2的非线性工作开始受到影响。对于CMOS晶体管上的运放，线性工作的范围为运算放大器接近全电源电压，因此引脚 30 处的电压应保持大于引脚 26 处的电压，即 Uint 值加上一个小余量（约 0,2 V） - 左下角的第二条粗线图 5，a。 在输入信号极性相反的情况下，积分器输出端的电压比引脚上的电压高 Uint。 30（图 5,6），因此它决定了引脚上的允许电压。 30 接近引脚上的电压上限。 1. 经实验确定，余量也应不小于 0,2 V，因此，对于 Uint \u1,55d 1 V，Uvy.30 - Uvy.1,75 的差值必须超过 XNUMX 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，粗线表示和 Uint + Uin 在电压坐标轴上的极端位置，对于一个极性 Uin 和另一个极性 Uin。 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，可以拒绝电容Collect。 但是需要将示例电压施加到引脚上。 32和用于连接该电容器的引脚之一。 示例性电压可以作为正极施加到引脚。 33，减去 - 到引脚。 32，但随后输入电压的极性必须颠倒。 指示器将“突出显示”减号（当然，如果指示器的此元素已连接）。 在不希望改变电压Uin的连接极性的情况下，可以以另一种方式施加电压Uobr。 - 加上 vyv。 32，减 - 到引脚。 34. 显示屏上不会有负号，但内置的三伏电源不适合形成示例电压。 为减少寄生安装电容对测量精度的影响，特别是在高共模电压值时，建议在印刷电路板上提供环形导体，覆盖 Sint、Uint 和 Sakn 元件的安装位置。 该导体连接到引脚。 27个筹码。 当使用双面印刷电路板时，在环形导体的反面，您应该留下一个连接到同一引脚的箔屏蔽垫。 27. 图中的链条 R7C6。 3 用于保护输出 + Uin 在可以连接到测量仪器外壳外的任何元件的情况下免受静电影响，并且输出 -Uin - 连接到公共线。 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，在万用表 [3] 中用于 Uin 输入）。 Uoep输入的保护电阻的阻值必须降低到51 kΩ，否则仪器的建立时间会过长。 关于电容器 Cobr 和 Saqn 的电容。 各种文献中推荐以下值：对于 200 mV 的最大输入电压，Collect = 1 μF，Saqn = 0,47 μF； Uin \u2d 0,1V-0,047 和 35 微法拉也是如此。 如果在操作期间电压 Uobr（提供给引脚 36 和 2,6,7）不变，那么为了提高 ADC 的精度，电容 Collect 可以相对于指示值增加数倍，如果它可以 * 改变（如，对于例如，在 [XNUMX ,XNUMX]) 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。 Sint积分电容必须采用低吸收的电介质，例如K71-5、K72-9、K73-16、K73-17。 在 Sovr 和 Sakn 电容器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，最好为它们使用相同的电容器。 如果它们上的电压没有变化，则允许使用陶瓷电容器，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]。 最好将积分电容器 C11（图 1）的电容降低到 0,1 微法拉，C 14 (Sacn) - 增加到 0,22 微法拉。 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 C 10 (Col) 和 C14。 由于输入端 Uin ADC 的电压符号不变，因此可以排除电容器 C10。 为此，应将根据方案的电容器 C9 的上端子切换到引脚。 33 DD5 微电路（您不能从引脚 36 断开）并将导体更改为引脚。 30 和 31。 RCL 仪表 [1]。 最好将存储电容器C19（图2）的电容增加到1微法，但可以根据电路和引脚连接电阻R21的较低输出来排除。 35 微电路 DD10 及其引脚。 32、微调电阻引擎——带引脚。 33 并且，将导体彼此之间更改为引脚。 30和31； 电阻器 R22 也被排除在外。 最后，关于组合结构的可能性的几句话。 这种组合的诱惑是不必为每个设备购买昂贵的微电路和指示器，组装相当费力的组件。 我们马上注意到，除了 [1, H] 之外的所有仪表都对时钟频率不敏感，当然，如果它是从推荐的系列中选择的，并相应地重新计算了元件额定值。 从 50 到 40 kHz 的频率切换，将积分电阻器螺丝的电阻增加 20% 就足够了，对于 100 kHz 的频率，将电容器 Sint、Sobr、Sakn 的电容减少一半。 在保持 RCL 表 [1] 元件的额定值及其 40 kHz 时钟发生器的频率的同时，任何其他设备都可以与其组合，除了电容表 [7]。 相反，如果仪表 [7] 具有上述对 Sint 和 Sakn 的说明以及 100 kHz 的时钟频率，则允许组合除 [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，在 [8,9] 中已完成。 您现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 Xin = 0,1 μF 是非常合理的。 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 1. Biryukov S. Digital Meter RCL-Radio, 1996, No. 3, p.38-41; No. 7, p.62; 1997 年，第 7 期，第32. 作者：S. Biryukov，莫斯科； 出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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