АЦП 572ПВ2 и ПВ5

June 27, 2010 by admin Комментировать »

Основой принципиальной схемы нашего термометра будет микросхема 572ПВ2 (ICL7107), которая представляет собой АЦП двойного интегрирова­ния с выходом в параллельном семисегментном коде с расчетом на 3,5 деся­тичных разряда. Что означает цифра 3,5 — не может же использоваться пол­разряда? Действительно, при использовании полного выходного диапазона этой микросхемы, который составляет число ±1999, нужно подключать 4 ин­дикатора, однако последний (старший) из них будет использоваться только для индикации цифры 1, и, при необходимости, знака минус. Число 3,5 и оз­начает, что старший разряд используется не полностью (бывают и более за­ковыристые обозначения, вроде ЗУл разряда, но их оставим на совести авто­ров). Заметим, что разрешающая способность (а при соблюдении некоторых требований — и точность) этого АЦП эквивалентна приблизительно 11 дво­ичным разрядам, то есть приведенная погрешность составит 0,05%, что очень и очень неплохо.

Основная (типовая) схема включения микросхемы 572ПВ2 показана на рис. 17.8. Микросхема имеет два собственных питания — положительное 5 В (от 4,5 до 6 В) и отрицательное, которое может варьироваться в довольно большом диапазоне от -9 до -3,5 В. Это обстоятельство позволяет при необ­ходимости использовать для отрицательного питания не слишком стабиль­ные преобразователи-инверторы, о чем далее.

Семисегментные LED-индикаторы можно подключать напрямую, без каких-либо дополнительных резисторов (ток через сегмент при этом равен 5— 8 мА). Управление индикаторами осуществляется коммутацией на «землю», поэтому нужен индикатор с общим анодом, который целесообразно подклю­чать к отдельному источнику питания, чтобы не вносить лишние помехи. Однако выходы управления индикатором не являются выходами с открытым коллектором (точнее — истоком), а есть обычный комплементарный КМОП-выход (см. рис. 15.1, схему инвертора справа). Вытекающий ток в состоянии логической единицы может составить примерно 0,5 мА, а в состоянии логи­ческого нуля — примерно 5—8 мА (для вывода 19, который управляет одно­временно двумя сегментами при засветке 1 в старшем разряде, этот ток со­ставляет 10—16 мА).

clip_image002

Рис. 17.8. Типовое включение микросхемы 572ПВ2 (ICL7107) в корпусе DIP-40

Заметки на полях

Это обстоятельство можно использовать для управления индикаторами через внешние ключи. Дело в том, что для питания LED, потребляющих достаточно большой ток (при максимальном количестве зажженных сегментов, то есть при индикации -1888, он может составить от 120 до 200 мА), естественно было бы использовать нестабилизированное повышенное напряжение, например, от входа стабилизатора положительного напряжения. Это особенно актуально при подключении крупных индикаторов с повышенным падением напряжения, при напряжении 5 В они будут светиться очень тускло (если загорятся вооб­ще). Однако ставить более 20 штук ключей не очень хочется, если конструкция не слишком капитальная. К сожалению, в технической документации ни один из производителей не упоминает о возможности подключения LED-индикатора к повышенному напряжению. Можно ожидать, что при пиковом значении на­пряжения питания, не превышающем суммы основного питания (5 В) и паде­ния напряжения на индикаторе (1,8—2 В для обычных и 3,5—4 В для крупных индикаторов), микросхеме ничего не грозит. В крайнем случае, можно поста­вить небольшие резисторы, ограничивающие ток через защитные диоды. Ав­тор этих строк на свой страх и риск провел долгосрочный эксперимент по пи­танию LED-индикатора высотой 1 дюйм от пульсирующего напряжения 6,5— 7 В с амплитудным значением, соответственно, около 9—10 В (от отдельной обмотки трансформатора через один диод в качестве выпрямителя). Опыт по­казал, что такой режим микросхема вполне выдерживает. При этом из-за «од-нополупериодности» напряжения средний ток через сегменты примерно в пол­тора раза ниже номинального, чего вполне достаточно для нормальной яркости горения. Здесь мы также применим этот режим питания, однако в не­которых случаях это неудобно, и приходится ставить отдельный мощный ста­билизатор, как и положено.

Выпускается совершенно идентичная по функциональности и разводке выво­дов микросхема 572ПВ5 (ICL7106), которая отличается только тем, что она предназначена для управления ЖК-индикаторами, а не светодиодными, так что, если есть нужда в малом потреблении, можно почти без изменений ос­новной схемы использовать такой вариант. Просто заменить LED-индикатор на ЖК и наоборот, как мы уже говорили, нельзя, потому что для управления ЖК-индикаторами требуется переменное напряжение, иначе отключенные сегменты «зависнут» в поглощающем свет состоянии. Поэтому при замене ПВ2 на ПВ5 отличие в схеме заключается в том, что вывод 21 представляет собой не «цифровую землю» (ОЫВц), а подсоединяется к общему выводу ЖК-индикатора. При этом отдельное питание, естественно, не требуется. Управление ЖК-сегментами происходит так— на общем выводе 21 все вре­мя присутствует меандр, а на тот сегмент, который нужно засветить, подает­ся точно такой же меандр, но в противофазе. При отключении сегмента фаза на выводе его управления меняется на противоположную и становится такой же, как на выводе 21, поэтому постоянное напряжение на сегмент никогда не подается.

Отдельный вопрос представляет засветка запятой, если ее по ходу дела надо гасить. В LED-варианте это несложно (можно просто засветить постоянно, или через какой-то ключ), а для ЖК-варианта нужно для нее также обеспе­чить подобный режим управления. Иначе при подаче постоянного напряже­ния она просто засветится навсегда (и будет светиться еще долго после вы­ключения питания) и к тому же будет резко выделяться большим контрастом. Разработчики рекомендуют использовать для этой цели отдельный логиче­ский инвертор, подключенный к выходу 21. При этом (как и в случае под­ключения внешнего тактового генератора, см. далее) в качестве «цифровой земли» в 572ПВ5 следует использовать вывод 37 (TEST).

Ввиду отсутствия у микросхемы ПВ5 «цифровой земли» как таковой, эту микросхему можно питать от одного источника, напряжение которого мо­жет составлять от 9 до 15 В (что эквивалентно диапазону от ±4,5 до ±7,5 В). Только при этом не следует забывать, что для обеих микросхем опорное и входное напряжения не должны выходить за пределы, на 1 В отступающие от потенциалов +С/пит и -t/пит. Для микросхемы ПВ2, вообще говоря, требу­ется двуполярное питание во всех случаях, так как «цифровая земля» ОЫОц должна иметь общую точку с аналоговой частью для внутреннего согласо­вания уровней управляющих сигналов. Однако можно обойтись одним пи­танием +5 В (подсоединив вход -(/„„т к «земле»), если, в соответствии с вышесказанным, опорное и измеряемое напряжения по абсолютной вели­чине не превышают 1,5 В, причем эта величина должна отсчитываться от середины (/„ит.

Есть и более современные варианты этих преобразователей — например, с очень малым потреблением, но параметры разобранных микросхем и так достаточно хороши — при тактовой частоте 50 кГц время преобразования составляет 0,32 с (16000 периодов тактовой частоты), а потребление при этом не превышает 0,6 мА (не считая, конечно, потребления индикаторов в LED-варианте).

Удобство микросхем ПВ2 и ПВ5 заключается и в том, что они оперируют с двуполярными входными напряжениями, автоматически определяя и высве­чивая знак. Диапазон входного измеряемого напряжения определяется опор­ным, с помощью которого и задается масштаб, при этом опорное должно на­ходиться в пределах 0,1—1 В, а измеряемое может по абсолютной величине превышать его, в соответствии с разрешающей способностью, ровно в два раза. Если, например, опорное напряжение равно 1 В, то измеряемое может быть в пределах ±2 В (точнее ±1,999 В), а в общем случае выходной код оп­ределяется выражением N= 1000-^ При превышении значением входного

напряжения предела +2L/on младшие три разряда гаснут, а при снижении ни­же -lUon — гаснет все, кроме знака минус.

На схеме рис. 17.8 показан именно такой вариант включения с общими «зем­лями». Однако оба входных напряжения — опорное и измеряемое — могут быть и «плавающими», без общей «земли», единственное требование — что­бы их значения не выходили за пределы питания (а по абсолютной величине они, естественно, должны соответствовать указанным ранее требованиям). В этом случае вывод 32 («аналоговая земля») не используется. На этом выво­де тогда присутствует напряжение, равное (С/+пит~ 2,8) В. Если очень надо, его можно использовать в качестве опорного (не само напряжение относи­тельно «земли», которая в данном случае есть довольно условное понятие, а именно разность между положительным питанием и выводом 32). Однако стабильность этого напряжения невелика, и так рекомендуется поступать только в уж очень экономичных схемах. Особенно это плохо в случае ПВ2, в которой выходные каскады за счет большого тока сильно (и неравномерно по времени из-за разного количества подключенных сегментов) нагревают кри­сталл, и напряжение это начинает «плавать». Ошибка при этом может соста­вить до 0,5%, то есть точность снижается до 9 разрядов вместо 11.

Тактовую частоту микросхем следует выбирать из ряда 200, 100, 50 и 40 кГц, при этом частота помехи 50 Гц будет укладываться в длительность фазы ин­тегрирования входного напряжения (см. далее) целое число раз, и такая по­меха будет интегрироваться полностью. Тактовую частоту можно задавать тремя способами — с помощью RC-цепочки, как показано на рис. 17.8, с по­мощью кварца, подключаемого к выводам 39 и 40, а также внешним генера­тором, выход которого подключается в выводу 40 (в ПВ2 при этом в качестве общего провода используется вывод 21 «цифровая земля», а в ПВ5— вы­вод 37 «TEST»). На практике чаще всего используется первый способ, при этом частота будет равна примерно 0,45ЛгСг. В фирменной документации на этот счет есть некоторая неясность, так как рекомендуется выбирать Лг = 100 кОм при Сг = 100 пф, и тогда согласно формуле частота должна со­ставить 45 кГц. Это далеко и от 40, и от 50 кГц, рекомендуемых для частоты помехи 50 Гц, и не вполне совпадает с 48 кГц, рекомендуемыми для помехи 60 Гц. Все отечественные описания микросхем ПВ2 и ПВ5 изящно обходят этот вопрос, просто повторяя фирменные рекомендации. Думается, что со­ставители документации имели в виду все же 60-герцовую помеху (то есть тактовую частоту 48 кГц), поэтому в отечественных пенатах следует снизить емкость Сг до 91 пф — так будет корректнее. Вообще, ошибка в ±5%, конеч­но, тут вполне допустима.

Из особенностей внутреннего функционирования этих микросхем нам инте­ресен еще один момент. Цикл работы ПВ2 и ПВ5 состоит из трех фаз, первые две из которых идентичны циклу работы ПНВ по рис. 17.5. После окончания фазы интегрирования опорного напряжения и формирования собственно из­мерительного интервала, начинается последняя (или первая для следующего измерения) часть цикла, носящая название фазы автокоррекции. В этой фазе происходит не только сброс интегрирующей емкости (который у нас в схеме по рис. 17.6 занимал некоторое время из отведенного для фазы интегрирова­ния), но и, кроме этого, на конденсаторе Сак происходит накопление напря­жения смещения всех участвующих в процессе ОУ и компараторов. В рабо­чих циклах это напряжение учитывается. Но для нас еще интереснее, что в этой фазе одновременно происходит заряд емкости Соп до значения опорного напряжения, и последующее интегрирование в рабочем цикле оперирует именно с этой величиной, а вход опорного напряжения при этом отключает­ся. Собственно, сделано это для того, чтобы была возможность автоматиче­ского внутреннего инвертирования опорного напряжения при смене знака измеряемого. Однако для нас это важно, потому что позволяет сгладить на­личие высокочастотных помех на входе опорного напряжения. К сожалению, длительность фазы автокоррекции является неопределенной (так как она за­нимает всю оставшуюся часть фазы интегрирования опорного напряжения, к которому прибавляется фиксированный интервал времени в 4000 периодов тактовой частоты), и низкочастотная помеха при этом интегрируется плохо.

Номиналы емкостей и резисторов на рис. 17.8 приведены для случая опорно­го напряжения, равного 1 В, и тактовой частоты 50 кГц. При опорном напря­жении 0,1 В емкость Сак нужно увеличит^ до 0,47 мкФ, С„„т уменьшить до 0,1 мкФ, а Линт уменьшить до 47 кОм. В остальных случаях эти номиналы должны быть изменены в указанных пределах примерно пропорционально изменению опорного напряжения.

К выбору типов компонентов следует подходить весьма тщательно, от этого сильно зависит в первую очередь линейность преобразования. Резисторы все могут быть типа МЛТ, хотя при наличии стоит предпочесть С2-29В. Конден­сатор тактового генератора С ген может быть керамическим (типа КМ73-10, КМ-5, КМ-6). Остальные конденсаторы (С„„т, Соп, и Сак) должны иметь орга­нический диэлектрик, лучше всего подойдут фторопластовые (К72П-6, К72-9) или полистироловые (К71-4, К71-5), но сойдут и полиэтилентерефталатные (К73-16, К73-17). Эти конденсаторы могут ужаснуть вас своими размерами, но ничего не поделаешь — такова плата за стабильность. Высокие конденса­торы (как К73-17) следует устанавливать лежа— хотя при этом площадь платы увеличивается, но зато конденсаторы не торчат над всеми остальными компонентами. Это, кроме всего прочего, повышает надежность монтажа, ибо меньше вероятность выкорчевать конденсатор с корнем, случайно поло­жив поверх платы каталог продукции фирмы MAXIM.

Оставить комментарий

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