Для получения качественного преобразования ЦАП и ФНЧ в петле обратной связи и на выходе устройства должны иметь идентичные параметры. Значение выбирается максимально большим, но обеспечивающим устойчивую работу цифрового преобразователя, причем значение может быть тем больше, чем больше отношение . учитывая сказанное, можно приблизительно оценить выигрыш, получаемый от использования предлагаемого устройства. Например, если , то это эквивалентно повышению разрешающей способности преобразования в 2 раза, т. е. соответствует прибавлению одного разряда ИКМ. Соотношение же эквивалентно добавлению сразу шести разрядов ИКМ и т. д.
Поднять отношение можно двумя способами либо увеличения, либо уменьшая . Для практического использования этих рекомендаций необходимо хорошо представлять ограничения, накладываемые как на возможность увеличения , так и на возможность уменьшения .
При использовании ИКМ частота должна в два или более раз превышать верхнюю частоту преобразуемого сигнала, что следует из теоремы Котельникова. Для уменьшения скорости передачи информации всегда стремятся выбирать как можно ниже, т. е. берут ее в два раза выше верхней частоты спектра сигнала. Поэтому повышать частоту в предполагаемом устройстве можно в тех случаях, когда не используется передача информации по каналам связи и запись ее на носители, например в цифровых линиях задержки, цифровых фильтрах и т. д.
Если необходимо иметь частоту минимально возможной, то улучшить качество преобразования можно снижая частоту . При этом появляется возможность увеличить и за счет обратной связи компенсировать частотные искажения, так как согласно формуле (2) напряжение на выходе ФНЧ тем точнее будет повторять входное напряжение, чем больше величина . Однако максимальный уровень сигнала на выходе ФНЧ, а значит, и устройства преобразования будет в этом случае зависеть от частоты.
Чем выше частота сигнала по сравнению с , тем меньше максимальный уровень выходного сигнала устройства преобразования, что видно из формулы (2). Действительно если учесть, что
(3)
(4)
Из последней формулы следует, что напряжение на выходе ЦАП будет увеличиваться обратно пропорционально уменьшению . Но так как напряжение на выходе ЦАП повторяет напряжение на выходе АЦП, то преобразование сигнала с частотой выше ФНЧ будет происходить с усилением обратно пропорциональным , т. е. с подъемом высших частот, и поэтому на этих частотах раньше будет достигнут максимальный уровень преобразования. Это означает, что частоту среза ФНЧ в данном случае необходимо выбирать не в соответствии с верхней частотой сигнала, а в соответствии со спектральной плотностью сигнала. Например, согласно формуле (2), для музыкальных сигналов максимальная мощность снижается до 6 дБ на октаву, начиная с частоты 2…4 кГц. Поэтому, если в устройстве использовать ФНЧ первого порядка с частотой , равной 2…4 кГц, то хотя преобразование и будет идти с подъемом частот выше 2…4 кГц на уровне 6 дБ на октаву, это не будет вызывать перегрузки на высших частотах, но позволит существенно улучшить качество преобразования.
С выхода цифровой линии задержки, сигнал поступает на буферный регистр. Он считывает информацию с линии задержки и удерживает ее на входе ЦАП, в течение периодов тактовых импульсов. Затем сигнал поступает на ЦАП, где преобразуется в аналоговый сигнал. Выходной сигнал ЦАП фильтруется ФНЧ и поступает на выход преобразователя для цифрового магнитофона.
Описание работы принципиальной схемы
В приложении 2 приведена электрическая схема рассмотренного выше устройства преобразования аналоговых сигналов. Работает оно следующим образом. Через ФНЧ с частотой среза 15 кГц на ОУ DA1.1 входной сигнал поступает на один из входов сумматора –ограничителя на ОУ DA1.2 выходной сигнал последнего никогда не превышает значения напряжения, допускаемого для преобразования АЦП, выполненного на микросхеме DA3. На ее вход сигнал поступает через устройство выборки – хранения на микросхеме DA2, также обеспечивающей нормальную работу АЦП.
В АЦП сигнал преобразуется в цифровую форму и поступает на цифровую линию задержки DT1. Он может быть использован также в цифровой форме для записи на магнитофон, передачи по линии связи и т. д. Одновременно выходной сигнал АЦП поступает на вход ЦАП на микросхемах DA5, DA7, а затем уже в аналоговой форме – на выход ФНЧ первого порядка на микросхеме DA6.1. Микросхема DA6.2 обеспечивает вычитание выходного сигнала ФНЧ из входного сигнала и усиление полученной разности до необходимого значения. Сопротивление резисторов R21 и R24 выбраны такими, чтобы в точке вычитания (вывод 6 в микросхеме DA6.2) соблюдалось равенство уровня входного сигнала ФНЧ. С выхода микросхемы DA6.2 через резистор R8 сигнал поступает на вход сумматора на ОУ DA1.2. На DA4 собран источник опорного напряжения для АЦП.
Микросхема DD1 выполняет функцию формирователя тактовых импульсов с частотой , сигнал регулируемый резистором R14.
С выхода цифровой линии задержки, синхронизированной тактовыми импульсами , сигнал поступает на буферный регистр, собранный на микросхемах DD2, DD3. Он в нужные моменты времени считывает информацию с линии задержки и удерживает ее на входе ЦАП, выполненного на микросхемах DA8, DA9.1. в течении периода тактовых импульсов. Выходной сигнал ЦАП фильтруется ФНЧ на микросхеме DA9, идентичным ФНЧ на DA6.1, что позволяет получить практически одинаковые аналоговые сигналы на выходах этих фильтров. Полученный сигнал может быть использован в качестве выходного, однако для снижения уровня высокочастотных составляющих с частотой этот сигнал дополнительно фильтруется ФНЧ четвертого порядка на микросхеме DA10.
Описание ИМС
В данной курсовой работе используются следующие интегральные микросхемы:
- К572ПА1А1
- К1108ПВ1Б
- К574УД2А
- К1100СК2
- К140УД6
- К561ЛН2
- К561ИР6
- К561ТМ2
Микросхема К572ПА1А.
В состав ИС ЦАП входит поликремневая резисторная матрица (РМ), усилители-инверторы (УИ) для управления токовыми ключами.
Электрические параметры при температуре:
Число разрядов………………………………………….…..10
Время установления выходного тока, мкс………………...<5
Выходной ток смещения нуля, нА………………………<100
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы……………………………………………..от–30 до 30
Выходной ток, мА………………………………………...<3,5
Ток потребления, мА……………………………….………<2
Входной ток по цифровым входам, мкА………………….<1
К1108ПВ1Б является функционально завершенным АЦП, сопрягаемым с микропроцессором. Микросхема рассчитана на преобразование однополярного входного напряжения в диапазоне от 0 до 3В, подаваемого на вход через внешний ОУ и УВХ при максимальной частоте преобразования 1,1МГц. Условное обозначение и функциональная схема К1108ПВ15 приведены на рис.4 и рис.5 соответственно.
Основные электрические параметры:
Число разрядов………………………………………………..10
Время преобразования, мкс……………………………...…<0,9
Частота преобразования, МГц…………………….от 0,4 до 1,5
Время преобразования в режиме укороченного цикла, мкс………………………………………………………………….<0,75
Напряжение смещения нуля на входе, мВ……….от –20 до 20
Выходное напряжение внутреннего ИОН, В…….от 2,4 до 2.8
Выходное напряжение низкого уровня, В...………………<0,4
Выходное напряжение высокого уровня, В……………….>2,4
Ток потребления от внешнего источника. опорного напряжения, мА………………………………………………………………………………..<7
Рис.4. Условное обозначение и цоколевка К1108ПВ1Б.
Микросхема К574УД2А.
Микросхема представляет собой двухканальные быстродействующие операционные усилители. Ее условное графическое изображение и цоколевка приведено на рис.7 , а принципиальная электрическая схема на рис.6.
Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания………………………±15В
Ток потребления……………………………………………5мА
Максимальное выходное напряжение…………………>10В
Входной ток ……………………………………………….<1нА
Разность входных токов………………………………...<0,5нА
Частота единиц усиления………………………………...1МГц
Коэффициент усиления…………………………………..25000
Рис.6. Принципиальная схема К574УД2А.
Микросхема К140УД6.
Интегральная схема представляет собой операционные усилители общего назначения с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода при коротких замыканиях нагрузке.
Номинальное напряжение питания двухполярное……...±15В
Ток потребления……………………………………………4мА
Напряжение смещения нуля, не более…………………±10мВ
Входной ток, не более…………………………………...100мА
Разность входных токов, не более……………………….25нА
Коэффициент усиления, не менее………………………30000
Выходное напряжение, не менее…………………………±11В
Микросхема К1100СК2 – это устройство выборки хранения, ее условное обозначение и цоколевка приведены на рис.10.
Ток потребления, не более…………………………………7мА
Типовое значение…………………………………………..4мА
Время выборки, не более…………………………………10мкс
Типовое значение…………………………………………..5мкс
Коэффициент усиления, не более………………………....1
Прямое прохождение информации в режиме хранения, не более………………………………………………………………….80дБ
Типовое значение……………………………………………..100дБ
Время установления типового значения……………….0,4мкс
Микросхема К561ТМ2.
Микросхема К561ТМ2 содержит два двухтактных D-триггера. Условное обозначение и цоколевка К561ТМ2 приведены на рис.11, а структурная схема двухтактного D-триггера – рис.12.
Табл.1. Основные параметры микросхемы
,
В
мкА
мА
нс
пФ
мГц
5
0,8
4,2
-
0,5
0,25
420
Микросхема К561ЛН2 содержит шесть буферных инверторов.условное обозначение ИС и ее цоколевка изображены на рис.13.
Табл.2. Основные параметры К561ЛН2.
0,95
3,6
2,6
1,25
120
110
Микросхема К561ИР6.
Рис.14. Условное обозначение и цоколевка К561ИР6.
Табл.3. Основные параметры К561ИР6
0,05
-0,02
50
1250
Заключение
В ходе данной курсовой работы было разработано устройство преобразования цифровой информации в аналоговую и аналоговой – в цифровую. Принцип работы, на котором реализовано данное устройство, можно назвать импульсно-кодовой модуляции, дополненной многоуровневой дельта-модуляцией. Поэтому данный способ преобразования заметно превосходит, как дельта-модуляцию, так и импульсно-кодовую модуляцию. Основой устройства преобразования являются АЦП и ЦАП.
Данное устройство преобразования может быть использовано не только в цифровых магнитофонах, но и в другой цифровой технике.
Литература
1. Золотухин И.П., Изюмов А.А., Райзмон М.М. Цифровые звуковые магнитофоны. – Томск 1990
2. Чечик А.М., Шоров В.И., Зюренко Ю.И. Высококачественное воспроизведение фонограмм. – М.: Радио и связь, 1991.
3. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. – М: Энергоатомиздат, 1990.
4. Розоринов Г.В., Свяченый В.Д. Устройства цифровой магнитной звукозаписи. – К.: Техника, 1991.
5. Богданович М.И., Грель И.Н., Дубина С.А., Прохоренко В.А., Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Беларусь, Полымя. 1996.
6. Щербина В.И. Цифровая звукозапись. – М.: Радио и связь, 1989.
7. Новаченко И.Е., Петухов В.М., Блудов И. П., Юровский А.В. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник – М.: КУбК-а, 1996.
8. Новаченко И.В., Телец В.А., Краснодубцев Ю.А. Интегральные схемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. Дополнение четвертое: - М.: Радио и связь,1995.
9. Усатенко С.Т., Качеток Т.К., Терехова Н.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1989.
10. Мулярчик С.Г. Интегральная схемотехника. – Мн.: Изд. БГУ, 1983.
Страницы: 1, 2, 3