Программа Сервисный Центр
0

Преобразователь напряжение-период улучшает скорость, стоимость и линейность дискретизации


Разработчики нередко используют преобразователи напряжение-частота (ПНЧ) для аналого-цифрового преобразования в системах сбора данных, требующих строго монотонной характеристики, высокого разрешения, пониженных шумов и умеренного быстродействия. ПНЧ вырабатывают последовательность импульсов с частотой, пропорциональной входному напряжению. Затем с помощью микроконтроллера или логической схемы формируются интервалы времени определенной длительности, и подсчетом количества импульсов на этом интервале получают цифровое значение напряжения.

Основной недостаток такого способа заключается в том, что для увеличения скорости преобразования разработчикам приходится повышать рабочую частоту ПНЧ, что приводит к ухудшению линейности.

В предлагаемой схеме входное напряжение преобразуется во временной интервал, а микроконтроллер использует этот интервал для подсчета количества импульсов собственного внутреннего генератора. Результаты получаются впечатляющими:

  • Хорошая линейность, так преобразователь работает на низкой частоте
  • Более быстрое аналого-цифровое преобразование за счет высокой тактовой частоты микроконтроллера
  • Потенциально более простая программа или логика, от которых требуется лишь подсчет импульсов внутри периода, сформированного схемой
  • Низкая цена

Самое главное, что увеличение частоты счета не ухудшает линейности преобразования, как это неизбежно происходит при использовании ПНЧ.

Схема показана на Рисунке 1. Она представляет собой видоизмененный ПНЧ [1], в котором входное напряжение VIN и опорное напряжение VREF поменялись ролями. Цепочка R1-R2 сдвигает входное напряжение таким образом, что оно всегда остается более положительным, чем опорное напряжение, и никогда не выходит из рабочей области преобразователя. В схеме использованы все четыре ключа микросхемы 74HC4066: два, включенных параллельно для снижения влияния нелинейности сопротивления канала, образуют переключатель S1. Один ключ используется в качестве S2, и последний, включенный параллельно интегрирующей емкости CINT, является элементом узла запуска преобразования и управляется либо логической схемой во время инициализации, либо так, как описано в [1].

Преобразователь напряжение-период улучшает скорость, стоимость и линейность дискретизации
Рисунок 1.  В схеме использована модифицированная архитектура ПНЧ, где входное напряжение подается на вывод опорного напряжения, и наоборот.

При подаче питания на схему узел запуска преобразования закорачивает CINT на время, пока мультивибратор IC2 удерживается внутренними цепями в состоянии сброса. Ключ S1 открывается, а S2 закрывается. При этом левая по схеме сторона резистора RINT соединяется с землей, а правая оказывается под потенциалом 0.2 В. По истечении времени запуска ключ, шунтирующий CINT, размыкается, и конденсатор начинает заряжаться. Интегратор формирует линейно нарастающее напряжение. Когда это пилообразное напряжение достигнет уровня порядка 2.5 В, запускается мультивибратор. Вследствие этого ключ S1 закрывается, а S2 открывается. На правом выводе RINT появляется положительный потенциал, зависящий от входного напряжения, но всегда превышающий 0.2 В. Ток через RINT изменяет направление, и CINT начинает разряжаться. После окончания каждого импульса мультивибратора цикл повторяется снова.

При изменении входного напряжения от 0 до 5 В период выходных импульсов меняется от 78 мкс до 578 мкс. Емкость интегрирующего конденсатора CINT и уровень входного порога мультивибратора, имеющего триггер Шмитта, на взаимосвязь этого периода с входным напряжением влияния не оказывают. Заполнив этот период импульсами с частотой 10 МГц, получаем числа от 780 до 5780 – один отсчет на милливольт. Ошибка нелинейности равна одному отсчету, или ±0.02%, что неудивительно, когда максимальная частота равна всего лишь 12.8 кГц. Максимальное время аналого-цифрового преобразования составляет 578 мкс. Это в 8.65 раз быстрее, чем время преобразования ПНЧ, работающего на частоте 1 МГц, которому для подсчета 5000 импульсов длительностью 1 мкс потребовалось бы 5000 мкс. Короткая и простая интерфейсная программа очень похожа на программу, представленную в [2].

Из-за сдвига входного напряжения калибровка требует нескольких последовательных итераций: с помощью подстроечного резистора мультивибратора надо выставить чувствительность на уровне 100 мкс/В. Номинальная длительность импульса мультивибратора равна 26 мкс. Смещение в 780 отсчетов компенсируется в программе контроллера.

Как видно из Таблицы 1, характеристики преобразователя напряжение-период (ПНП) значительно лучше, чем ПНЧ [3, 4]. Удивительно, что ни один производитель не выпустил этот преобразователь в интегральном исполнении.

Таблица 1. Сравнительные результаты аналого-цифровых преобразований,
выполненных с использованием предложенной схемы и ПНЧ
на частоте 1 МГц при 5000 отсчетов.
ПараметрПНЧПНПЕд.
Максимальная частота100012.8кГц
Линейность0.1±0.02%
Время преобразования500078 … 578мс
Программный интерфейсОпределение интервала
счета и подсчет импульсов
Подсчет импульсов
 
Источник питанияДвухполярныйОднополярный
 
Цена18 … 243 … 4USD

Ссылки

  • Dimitrov J., Inexpensive VFC features good linearity and dynamic range. EDN, Design Ideas, Dec 1, 2011, pp.47-48. Перевод: «Недорогой ПНЧ с хорошей линейностью и широким динамическим диапазоном», РадиоЛоцман, 2011, декабрь, стр. 56.
  • Dimitrov J., Linearize optical distance sensors with a voltage-to-frequency converter. EDN, Design Ideas, Apr 19, 2012, pp.47-48. Перевод: «Линеаризация оптических датчиков расстояния с помощью преобразователя напряжение-частота», РадиоЛоцман, 2012, июнь, стр. 74.
  • AD650 voltage-to-frequency and frequency-to-voltage converter.
  • VFC320 voltage-to-frequency and frequency-to-voltage converter.
  •  
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
     
    Обратная связь

    Наши партнеры

     

    Опросы

    Есть ли справедливость в жизни?
    Конечно есть, уверен!
    Вроде как должна быть, но...
    Затрудняюсь ответить...
    Какая справедливость? О чем Вы?
    Эх.., нет правды на свете!

     

    Облако тегов

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
     

    Календарь публикаций

    «    Декабрь 2016    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
     
     

    Архив новостей

    Декабрь 2016 (1)
    Ноябрь 2016 (42)
    Октябрь 2016 (34)
    Сентябрь 2016 (38)
    Август 2016 (34)
    Июль 2016 (36)
     
    Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"