ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИП

May 12, 2010 by admin Комментировать »

Нашей промышленностью выпускается достаточно большое количест­во разнообразных по своему применению и принципам построения приборов с цифровым отсчетом. Немало ЦИП, различных по сложности и назначению раз­работано и радиолюбителями. К наиболее важным техническим характеристи­кам ЦИП относятся: цена деления, входное сопротивление, быстродействие» точность, помехоустойчивость, надежность. В некоторых случаях придается зна­чение мощности потребления ЦИП.

Цена деления. Ценой деления называют разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Для каждого предела из­мерения цена деления постоянна и определяет минимально возможную для дан­ного ЦИП разрешающую способность. Это наименьшее различимое измеритель­ным прибором изменение измеряемой величины. Для ЦИП — это обычно из­менение цифрового отсчета на единицу младшего разряда. Иногда под раз­решающей способностью понимают значение цены деления младшего предела ЦИП. Но, строго говоря, разрешающая способность в отличие от цены деления не является обязательно постоянной даже на одном пределе измерения.

Разрешающая способность определяется в основном схемными особеннос­тями ЦИП. В свою очередь, разрешающая способность совместно со значени­ем первого предела (или основного) определяет число декад или двоичных разрядов проектируемого прибора. Число декад или двоичных разрядов экви­валентно динамическому диапазону входных сигналов, например 60 дБ для трехдекадных приборов.

Пределы измерения расширяются с помощью декадных делителей напря­жения (в сторону увеличения измеряемой величины) или с помощью масштаб­ных усилителей постоянного тока (в сторону уменьшения). В масштабных уси­лителях целесообразно использовать интегральные операционные усилители (ОУ).

Входное сопротивление. Входное сопротивление ЦИП характе­ризует мощность, отбираемую при измерении у. источника измеряемого сигна­ла. Наиболее важную роль входное сопротивление играет при измерении элект­рических напряжений.

Быстродействие. В цифровых приборах с циклическим управлени­ем цикл измерения обычно включает в себя: установку исходного состояния, собственно измерительный интервал, формирование сигнала об окончании из­мерения. Часто быстродействие измерительного прибора с циклическим управлением оценивается максимально возможным числом измерений в секунду. При визуальном отсчете показаний в длительность цикла требуется включать время, необходимое для переписи информации в буферную память, а также время ин­дикации, необходимое для восприятия информации оператором.

Применение отсчетных устройств с буферной памятью позволяет разместить временной интервал собственно измерения внутри временного интервала инди­кации, т. е. проводить текущее измерение в течение цикла индикации предыдущего измерения. Такое построение отсчетного устройства позволяет в зави­симости от времени индикации увеличить число измерений в секунду примерно аа 10 — 30%.

Для повышения защищенности вольтметров постоянного тока от высоко­частотных и импульсных помех во входные цепи приборов включают сглажи­вающие звенья. Время переходных процессов в сглаживающем фильтре входит в длительность цикла измерения и должно учитываться.

В приборах со следящим способом работы преобразователя быстродействие оценивается длительностью обработки единицы дискретности. На переменном токе быстродействие ЦИП снижается и определяется главным образом време­нем преобразования переменного напряжения в постоянное (без учета време-яи индикации). Так, при использовании преобразователя среднего значения можно добиться минимального времени преобразования выбором оптимальных схем собственно преобразователя и фильтра, обеспечивающих наименьшую дли­тельность переходных процессов в этих узлах, а также применяя в фильтре конденсаторы с малой остаточной поляризацией, например фторопластовые ФТ-2.

Точность. Под ней в общем случае понимают ту область, в пределах жоторой находится погрешность измерения данным прибором при определен­ных условиях его применения. При нормальных условиях применения учитыва­ется основная погрешность, а при отклонении от них — сумма основной и до­полнительных погрешностей. Дополнительные погрешности образуются в ре­зультате изменения температуры, частоты и т. п. Наиболее привычный и по-нятиый способ сравнительной оценки точности измерительных приборов, сущ­ность которого заключается в указании класса точности в виде количества про­центов от конечного значения рабочего диапазона измерения, для ЦИП не яв­ляется удачным.

Для измерительных АЦП ГОСТ устанавливает, что их основная относи­тельная (т. е. пропорциональная измеряемому значению) погрешность долж­на выражаться в процентах значения измеряемой величины, а не хонечного значения рабочего диапазона. При равенстве измеряемой величины конечному значению рабочего диапазона основная относительная погрешность численно равна приведенной погрешности при обычном нормировании.

Для реальных ЦИП общая погрешность измерения включает в себя от­носительную и инструментальную (абсолютную) погрешности. Инструменталь­ная погрешность не зависит от значения измеряемого сигнала и определяется суммарным влиянием погрешностей и нестабильностью параметров отдельных узлов и элементов ЦИП, входящих в их измерительные преобразователи. Сю­да можно отнести погрешности и нестабильность уровней квантования, резис­торов, конденсаторов и активных элементов. Аналитические формы выражения погрешности ЦИП приведены в [16, 18]. В этих же работах приведены при­менительно к отдельным устройствам основные факторы, определяющие пог­решность ЦИП. У некоторых приборов в состав абсолютной погрешности вхо­дит также погрешность вследствие накопившегося в промежутке между двумя регулировками прибора дрейфа нуля усилителя, устройств сравнения и форми­рующих устройств. Предельное значение абсолютной погрешности определяется принципом построения прибора, примененной элементной базой и не зависит от времени его эксплуатации.

Все изложенное относится к погрешностям, называемым статическими, т. е. к погрешностям измерения усредненного значения, которые возникают из-за неточности измерительного прибора при условии постоянства измеряемого сиг­нала. Статическая погрешность ЦИП является составной частью динамической погрешности, ее частным случаем. Динамическая погрешность ЦИП определя­ется как разность между зафиксированным ЦИП значением измеряемой величи­ны и ее истинным значением в момент отсчета. Эта погрешность, с одной сто­роны, определяется изменением измеряемой величины в процессе измерения, а с другой — инерционностью отдельных элементов ЦИП, т. е. его быстродейст­вием, конечной длительностью измерительного цикла, в течение которого из­меряемый сигнал претерпевает изменение.

При анализе источников погрешности целесообразно группировать абсолют­ную и относительную составляющие так, чтобы можно было выделить погреш­ности, устраняемые в процессе установки нуля и калибровки ЦИП. Это поз­волит установить минимальными погрешность прибора после проведения ука­занных регулировок и погрешность, которая может накопиться в приборе глав­ным образом вследствие изменения температуры окружающей среды за опре­деленное время. Необходимо также учитывать влияние колебаний сетевого нап­ряжения или разрядку автономных источников питания. Напряжение питания всех узлов, определяющих погрешность ЦИП, необходимо жестко стабилизи­ровать и фильтровать. Коэффициент стабилизации в зависимости от точности прибора должен быть не ниже 200 — 300 (например, компенсационные стабили­заторы с применением ОУ).

Помехоустойчивость. Под помехоустойчивостью ЦИП понимают способность ЦИП правильно воспроизводить значение измеряемого сигнала, не­смотря на наличие различных воздействий, искажающих измеряемый сигнал. Эти воздействия, называют помехами. Полностью устанить влияние помех, по­являющихся на входных зажимах вместе с сигналом, нельзя. Оценку помехо­устойчивости ЦИП обычно проводят по отношению к аддитивным, т. е. сум­мирующимся с полезным сигналом, помехам. Помехоустойчивость численно ха­рактеризуется степенью подавления помех на входе ЦИП.

Различают помехи импульсные и флуктуационные. Импульсные помехи представляют собой последовательность импульсов произвольной формы, дли­тельности и амплитуды. Длительность импульсов обычно короче интервала между ними. Флуктуационные помехи представляют собой непрерывный во вре­мени случайный процесс. Частным случаем такой помехи является гармоничес­кая (например, сетевая) помеха. Данный вид помех подразделяют обычно на помехи нормального вида и помехи общего вида. Первые возникают на вход­ных зажимах ЦИП в основном за счет электромагнитных наводок на сопро­тивлении линий связи между источником сигнала и ЦИП, вторые — в основ­ном из-за различия потенциалов точек заземления у источника измеряемого сигнала и у ЦИП.

Для снижения уровня помех общего вида необходимы рациональное по­строение и монтаж входных цепей ЦИП, т. е. правильный выбор точек зазем­ления, экранировка, гальваническая развязка и т. п. Основными методами борь­бы с помехами нормального вида являются фильтрация, статистическая обра-бодка, компенсация и усреднение. Метод фильтрации наиболее простой, но он резко снижает быстродействие ЦИП. Метод статистической обработки из-за своей сложности широкого распространения пока не получил. Метод компенсации требует для своей реализации определенных аппаратурных затрат (фор­мирование дополнительного канала для выделения помехи и введение ее в основной канал с обратным знаком), поэтому он также не нашел широкого применения. Наиболее перспективным для ЦИП является метод усреднения помехи нормального вида за определенный интервал времени преобразования. Если обозначить tвремя усреднения, а Г — период помехи, то можно по­казать, что степень подавления тем больше, чем больше отношение t/T. Если же это отношение равно точно целому числу (кратность), то степень подавле­ния помехи обращается в бесконечность. В реальных ЦИП при отсутствии мер по точной синхронизации t и Т степень подавления сетевой помехи ограничена примерно 40 дБ, что в основном определяется нестабильностью частоты сети, равной ±1%.

Надежность. Под надежностью понимают свойство устройства выпол­нять необходимые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в за­данных пределах в течение требуемого промежутка времени. Вопросы оценки и расчета надежности подробно приводятся в специальной технической литера­туре и здесь не рассматриваются.

Потребляемая мощность. Одной из наиболее действенных мер по снижению потребляемой мощности ЦИП является замена каскадов, соб­ранных на дискретных элементах, интегральными микросхемами (ИС), а также замена цифровых ИС малой степени интеграции ИС средней и большой степени интеграции. В настоящее время разработаны и все шире применяются ИС, пред­ставляющие собой вполне законченные функциональные устройства. Например, на ИС К572ПА1 в зависимости от способа включения и дополнительных эле­ментов можно организовать или АЦП, или ЦАП.

В ИС средней и большой степеней интеграции резкое снижение размеров отдельных элементов приводит к соответствующему снижению паразитных ем­костей и, как следствие, к снижению потребляемой мощности. Кроме того, бо­лее тонкая структура полупроводниковых приборов в СИС и БИС позволяет выполнять переключения с меньшими точками. Следствием всего этого явля­ются снижение мощности, потребляемой ЦИП от источника питания, и увели­чение надежности всего прибора.

При схемной проработке цифрового прибора необходимо тщательно сопос­тавлять применяемую элементную базу с желаемыми характеристиками разра­батываемого прибора (в частности, с быстродействием), так как с ростом быст­родействия применяемых ИС, естественно, растет и потребляемая ими мощ­ность. Целесообразно применять в цифровых устройствах ИС различных серий, например в первой декаде счетчика — серии К155, К133, а в последующих — серию К134; в буферной памяти вместо К155ИР1 можно использовать К134ИР1. При таком построении можно снизить ток, потребляемый цифровыми устрой­ствами, примерно на 0,5 А. (При использовании во всех цифровых узлах толь­ко одной серии К155 (К133) ток потребления составит около 0,7 — 1,0 А.) Еще больше снизить потребляемую мощность можно, применяя серии на КМОП-структурах (К176, К564). В этом случае ток, потребляемый цифровой частью (без устройства индикации), составляет всего несколько десятков миллиампер.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты