Микросхемы К155ИР17 (AV2504).

К155ИР17 (AV2504)

Микросхема К155ИР17 (AV2504) регистр последовательных приближений. Он предназначен для построения 12-разрядных АЦП, работающих по методу последовательных приближений. Регистр применяется вместе с 12-разрядной микросхемой ЦАП и интегральным компаратором.

Суть метода последовательных приближений соответствует процедуре взвешивания предмета (в данном случае «предмет» — это зафиксированный на время измерения уровень сигнала) с помощью набора гирь. При этом набор «разновесов» подобран по двоичной системе: 1/2 от предельной массы, на которую рассчитаны весы, 1/4, 1/8,... В случае применения регистра К155ИР17(AV2504) потребуется набор градаций вплоть до младшей: 1/2¹²=1/4066, Предельную для весов массу назовем шкалой преобразования.

Если на весы установлен предмет, проверяем его массу наибольшей гирей (1/2 шкалы весов). Если она перевешивает, этот старший разряд придется с весов снять (записать в память 0). Если предмет перевешивает, гирю на чашке оставляем (оставляем в памяти 1). Далее добавляем гирю 1/4 шкалы. После анализа больше — меньше» (в электронной схеме это делает компаратор, т.е. сравниватель) либо записываем 1 (гирю оставляем), либо 0 (гирю снимаем).

Чтобы проанализировать массу предмета с точностью младшей градации 1/4096, потребуется сделать 12 таких операций последовательного приближения. Отметим, что ошибка работы самих весов (это эквивалент точности микросхемы-компаратора) должна быть существенно меньшей, чем младшая градация. Как результат 12 тактовых импульсов взвешивания на чашке весов должен накопиться 12-разрядный код (часть гирь на чашке — это единицы кода, часть рядом с весами — это нули).

Преобразование электрического сигнала U_с можно пояснить примером. Предположим оказалась достаточной для работы разрешающая способность преобразователя 4 бита, а напряжение шкалы выбрано U_шк — 16 В, Тогда старший значащий разряд (СЗР) будет весить (U_СЗР = 1/2U_шк = 8 В, второй 1/4 U_шк + 4 В, третий 1/8 U_шк = 2 В. Четвертый, младший значащий разряд (МЗР) составляет 1/16 U_шк = 1 В. Если на выходе АЦП появился код 1101, это значит, что измерена входное напряжение 8+4+О+1 = 13 B

Для измерительных приборов строят АЦП последовательного приближення с разрешающей способностью 22 бита 1/(5•10⁶). Как пример, укажем, что для перевода в цифровую форму звуковых сигналов требуются 16-разрядные АЦП, а для телевизионных видеосигналов достаточны 8-битовые, но сверхскоростные. Для систем управления используются 10 — 14-разрядные АЦП.

С помощью регистра последовательных приближений (РПП) К155ИР17 (AV2504) реализуются режимы: полного цикла преобразования, короткого цикла для малоразрядных АЦП, непрерывного преобразования, одноразового преобразования (так называемое старт-стопное). Варианты кодирования могут быть различными, а для расширения логических функций можно работать как с напряжением высокого, так и с напряжением низкого активного уровня. Регистр К155ИР17 (AV2504) можно использовать и не по прямому назначению, а как кольцевой счетчик или преобразователь последовательного кода в параллельный.

Регистр имеет 12 одинаковых ячеек хранения накапливаемых разрядов (выходы от Q0 до Q11). Состояния ячеек меняются с приходом положительного тактового перепада на вход С. В левой части расположена ячейка управления регистром со входами: E1, S. Вход И служит для приема последовательного цифрового слова. При положительных перепадах на тактовом входе С данные заполняют ячейки разрядов (выходы Q0 — Q11), а также транслируются через выход последовательного кода D0. Если регистр установлен в АЦП, на вход DI будут поступать от компаратора единицы или нули, являющиеся результатами поразрядного взвешивания.

Ячейки регистра управляются внутренней двухфазной последовательностью импульсов С1 и С2 = C1. На внешний тактовый вход С подаются импульсы с частотой, в 2 раза превышающей требуемую скорость работы АЦП.

Вход ЕI принимает сигнал остановки (т. е. разрешения). Вывод E1необходим для подключения последующих регистров, а также для подачи сигнала остановки преобразования. В последнем случае на выходе Q11 появляется напряжение высокого уровня. Если вход E1 не используется, его следует заземлить.

Вход S — стартовый (смотри вторую осциллограмму). Когда на вход S поступает напряжение низкого уровня, содержимое регистра сбрасывается на нуль за первый период тактовой последовательности. На диаграмме для упрощения показано только восемь выходных сигналов QO — Q7 в прямом коде. Старший разряд выходит из регистра как по прямому Q11, так и по инверсному Q11 выходам. Выход Q11 можно использовать как знаковый. Когда преобразование завершено, на выходе QCC (conversion complete) появляется напряжение низкого уровня.

Как результат полного цикла работы регистра поданная на вход DI кодовая последовательность, обозначенная на диаграмме буквами А — И, появляется в параллельном коде на выходах QO — Q7 (зтот байт теперь накоплен в регистре). Со сдвигом на один такт эту же последовательность в процессе заполнения регистра можно было наблюдать на выходе DO.

Рассмотрим несколько схем применения регистра К155ИР17 (AV2504). Устройство на рисунке состоит из пяти частей А1 — А5. Здесь к регистру РПП присоединен ЦАП и генератор тактовых импульсов GC. Выходной ток ЦАП I_выхпоступает на компаратор, на вход которого подается также ток сигнала I_с . Напряжение шкалы преобразования соответствует уровню опорного напряжения Uоп. После прихода сигнала "Пуск" _S РПП посылает на ЦАП старший бит Q11 (т.е, ставит на весы гирю 1/2 шкалы).

Компаратор сравнивает напряжения U_c и U_оп/2 и свое решение 1 или О и передает на вход DI РПП. Если решение О СЗР сбрааывается и на ЦАП выдается следующий разряд. Если после компаратора получена 1, она останется в регистре (диаграмма Q6). Bce 12 разрядов подаются от РПП на ЦАП поочередно, поразрядные решения компаратора в виде последовательности 1 и О накапливаются на выходах РПП.

На рисунке показана схема компаратора, который может обеспечить разрешающую способность 12 бит (устройство A3), а на рисунке дана цифровая часть АЦП (устройства А4 и А5). В качеств А2 можно применить ЦАП К1108ПА1.

Регистр К155ИР17 (AV2504) можно наращивать. На рисунке показана схема 16-разрядного, а на рисунке — 24-разрядного регистра. Регистр DD2 в схеме на рисунке работает по укороченному циклу, сокращая время преобразований, когда нужны не все информационные выходы. Здесь вместо сигнала QСС используется сигнал Q3 — выходной уровень необходимого младшего разряда.

Зарубежным аналогом микросхемы К155ИР17 является регистр последовательных приближений AV2504.