ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УЛУЧШЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБОТАННОГО УСТРОЙСТВА ВЫБОРКИ И ХРАНЕНИЯ

1

• Авторы
• Файлы

Бондарь М.С. Статья в формате PDF 119 KB

Операция выборки и хранения входных сигналов аналого-цифровых преобразователей (АЦП) необходима при обработке быстроизменяющихся сигналов посредством средне- и низкоскоростных АЦП. С целью повышения точности операции выборки и хранения, нами разработано техническое решение устройства выборки и хранения (УВХ), направленное на улучшение его основных параметров: времени выборки и времени хранения [1].

Разработанное УВХ основано на одновременном снижении тока перезаряда и емкости конденсатора хранения УВХ за счет использования в качестве конденсатора хранения C_хр, искусственной емкости С_ихр на базе конвертора положительного емкостного сопротивления (КПЕС) с коэффициентом конверсии 0K<1.

Важнейшими результатами применения КПЕС являются: С_ихр=С/К_К и I_C=I_вх •К_К. Причем, так как К_К<1, то С_ихр>С и I_Cвх , где I_C - величина емкостного тока (реально включенного в схему КПЕС конденсатора емкостью C), который в предлагаемом УВХ будет в 1/K_K раз меньше, чем в типовых. Следовательно, опасность появления глитчей (пульсаций) будет существенно меньше и необходимость использования резистора ограничения, как в существующих УВХ, снижается. А значит, постоянная времени заряда имитационного конденсатора хранения   определяющая время выборки:

            (1)

будет значительно меньше, чем у типовых УВХ с С_хр:

,                  (2)

вплоть до

          (3)

так как , где R_AK - проходное сопротивление замкнутого аналогового ключа; R_орг - сопротивление резистора ограничения в типовом УВХ. Что обеспечивает снижение времени выборки разработанного УВХ.

Второй важнейший параметр УВХ - время хранения - определяется скоростью разряда конденсатора (спадом выходного напряжения):

     (4)

где  - сумма токов утечки элементов схемы УВХ, значительную долю которого составляет ток утечки конденсатора хранения I_ym.C (для микросхемы УВХ LF398 минимальный  I_ym.C равен А, то есть составляет 36% от ) [2].

В предлагаемом УВХ снижение тока утечки конденсатора хранения, а значит, увеличение времени хранения, возможно  в силу снижения тока заряда I_C, что влечет за собой снижение активной мощности рассеивания в диэлектрике конденсатора, а значит, и снижение температуры диэлектрика.

Для подтверждения результатов теоретического исследования, была проведена оценка степени улучшения параметров разработанного УВХ, с опорой на параметры типовой схемы УВХ LF398: R_орг=300 Ом; R_AK=200 Ом; время выборки при погрешности 0,1%, 4 мкс (при C_хр=1000 пФ) и 20 мкс (при C_хр=0,01 мкФ); скорость разряда 5 мВ/мин.

Проведем сравнительную количественную оценку типового и разработанного устройств выборки и хранения, с учетом выполнения условия:

C_ихр = C_хр.                         (5)

Согласно  выражениям (1-3), отношение постоянных времени заряда конденсатора, то есть выигрыш во времени выборки  в случае разработанного УВХ, определяется выражением:

.                          (6)

С учетом данных типового УВХ, зависимость (6) примет вид, показанный на рисунке 1.

 

Рис. 1. Зависимость выигрыша во времени выборки от величины коэффициента конверсии

Согласно  выражению (4), выигрыш в скорости разряда конденсатора хранения (выигрыш во времени хранения)  в случае разработанного УВХ определяется выражением:

.  (7)

С учетом данных типового УВХ,  зависимость (7) примет вид, показанный на рисунке 2.

 

Рис. 2. Зависимость выигрыша во времени хранения от величины коэффициента конверсии

Из анализа полученных результатов можно сделать вывод о том, что разработанное устройство выборки и хранения, в сравнении с типовым, обеспечивает одновременное уменьшение времени выборки и увеличение времени хранения порядка 1,5 раза. Что не только реально повышает точность операции выборки и хранения, но и исключает методическую составляющую погрешности, которая проявляется в типовых УВХ как невозможность одновременного улучшения времени выборки и времени хранения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Пат. 63623 РФ, МПК8 H03К 17/60.  Устройство выборки и хранения / Бондарь М.С., Хорольский В.Я. - № 2006146470/22; заявл. 25.12.06; опубл. 27.05.07, Бюл. № 15.
2. Волович Г.И. Микросхемы АЦП и ЦАП / Г.И. Волович, В.Б. Ежов. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. - 432 с.

---