Утверждено

Скачать 434.05 Kb.

Название	Утверждено
страница	5/8
Дата публикации	23.05.2014
Размер	434.05 Kb.
Тип	Курсовой проект

literature-edu.ru > Лекции > Курсовой проект

1 2 3 4 5 6 7 8

Рис. 16. Процесс частотно-импульсного преобразования

Так как погрешность ПНЧ практически входит в погрешность АЦП, то для минимизации наиболее часто в качестве ПНЧ используется преобразователь с импульсной обратной связью – рис. 17.

Рис. 17. Структурная схема преобразователя напряжения в частоту с обратной связью
ПНЧ с импульсной обратной связью состоит из входного повторителя напряжения, интегратора и компаратора, управляющего генератора импульсов в цепи обратной связи интегратора. Заряд конденсатора С₁ интегратора осуществляется входным напряжением U_в_x, а разряд производится импульсом с постоянной вольт-секундной площадью. Если входное напряжение имеет отрицательную полярность, то импульсы генератора должны быть положительными и наоборот. График работы преобразователя приведен на рис. 18.

Рис. 18. График преобразователя «напряжение-частота»

Методические указания к разработке преобразователей уровней (ПУ)

Преобразователи уровней (ПУ) – специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для обеспечения совместимости уровней цифровых элементов различных серий. Иногда ПУ называют трансляторами уровней.

При проектировании микроэлектронной аппаратуры на цифровых интегральных микросхемах (ИМС) на практике возникает необходимость в совместном использовании цифровых ИМС различных серий. Эти ИМС могут существенно различаться как конструктивно-технологическими, схемотехническими решениями, так и электрическими параметрами, вследствие чего они не могут сопрягаться непосредственно. ПУ позволяет обеспечить управление интегральным логическим элементом (ЛЭ) одной серии с помощью интегрального логического элемента другой серии, т. е. добиться электрического и временного сопряжении этих двух элементов.

Рис. 19. Схема логического элемента

Каждый ЛЭ характеризуется набором входных и выходных статических и динамических параметров, некоторые из которых показаны на рис. 19. К статическим параметрам относятся: U_вх и U_вых – входное и выходное напряжения; U¹, U⁰ – уровни логической 1 и логического 0; I^1,0_вых, I^1,0_вых – входные и выходные токи ЛЭ в состояниях логического 0 и логической 1 по входу и выходу; I_н - ток нагрузки; U_п⁺ - допустимая статическая помеха на нулевом уровне (помехозащищенность снизу) и U_п^- - допустимая статическая помеха на единичном уровне (помехозащищенность сверху).

Средние значения этих параметров, пределы их изменений и полярности у различных ЛЭ разные.

Для удобства дальнейшего изложения введем следующие обозначения: наименьшее и наибольшее значения некоторой величины В обозначим соответственно.

На рис. 20 представлена обобщенная структурная схема согласования элементов ЛЭ 1 и ЛЭ2 с различными типами логики и схемотехники. Основным элементом схемы согласования является

Рис. 20. Обобщенная структурная схема согласования элементов

преобразователь уровня П2. Входной П1 и выходной ПЗ каскады обеспечивают согласование выходов ЛЭ1 со входом П2 и выхода П2 со входом ЛЭ2. В отличие от логических элементов, у которых значения уровней входных и выходных сигналов, как правило, совпадают, у ПУ значения входных и выходных сигналов всегда различны. Это характерный признак ПУ. Поэтому для обеспечения полного сопряжения уровней ЛЭ1 и ЛЭ2 необходимо, чтобы входной каскад ПУ – П1 был реализован аналогично схеме выходного каскада ЛЭ1, точно так же выходной каскад ПУ – ПЗ должен быть реализован по схеме входного каскада ЛЭ2. Чтобы обеспечить выполнение этих условий для питания ПУ, необходимо одновременно использовать питающие напряжения как ЛЭ1, так и ЛЭ2.

В некоторых случаях, если расстояния ЛЭ1 – ПУ и ПУ – ЛЭ2 (см. рис. 10) небольшие, например когда ЛЭ1, ПУ, ЛЭ2 размещены на одной и той же плате или в одном корпусе микросхемы, то схему ПУ можно упростить, исключив из нее каскады П1 или ПЗ, или оба. В общем случае, когда предполагается изготовить ПУ в виде отдельной ИС или микросборки, желательно, чтобы ПУ содержал все три каскада П1 – Ш – ПЗ, так как при этом ограничения на длину связей между ПУ и цифровыми ИС с ЛЭ будут такими же, как для связей между цифровыми ИС в данной аппаратуре. Это в определенной степени облегчит конструирование электронных блоков аппаратуры.

Кроме обеспечения совместимости, уровней сигналов ПУ должны удовлетворять специальным требованиям, например таким, как:

сохранение преобразователем порогового, уровня управляющего элемента ЛЭ1 и уровней токов элементов ЛЭ1 и ЛЭ2;
обеспечение преобразования уровней с логической инверсией (если на входе ПУ А, то на выходе или без инверсии;
обеспечение заданных требований по нагрузочной способности и параметрам быстродействия.

Обеспечение заданных требований по нагрузочной способности сводится к реализации преобразования выходного логического уровня элемента ЛЭ1 во входной логический уровень элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n (т.е. ПУ должен давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2, параллельно подключенных к выходу ПУ).

Обеспечение заданных требований по параметрам быстродействия обычно сводится к тому, что ПУ не должен ухудшать быстродействие цифрового устройства, в котором он используется, т. е. задержка на переключение ПУ не должна быть больше задержки наиболее медленного из элементов ЛЭ1 и ЛЭ2.

Можно сформулировать общие правила построения ПУ, пригодные для большинства возможных вариантов преобразователей уровня [7]:

преобразователи уровней проектируются для конкретных схем с обязательным учетом выходных характеристик и параметров управляющего элемента, а также входных характеристик и параметров управляемого элемента;
перепад логических уровней управляющего элемента должен быть достаточным для надежного функционирования преобразователей уровней;
преобразователь уровней должен обеспечивать необходимые динамические параметры с учетом емкостных и активных нагрузок.

По схемотехнической реализации основных логических функций цифровые ИМС, наиболее распространенные в настоящее время, подразделяются на следующие группы:

ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ, ТТЛШ);
ИМС эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
ИМС на МДП транзисторах (КМДП-логика, р-МДП-логика, n-МДП-логика);
ИМС на элементах инжекционной логики (И²Л).

Рассмотреть в одном пособии все варианты преобразователей уровней, предназначенных для сопряжения цифровых ИМС и принадлежащих к перечисленным выше группам, не представляется возможным.

Целью настоящих методических указаний является научить студента самостоятельно проектировать схемы ПУ, предназначенные для согласования ЛЭ, выполненных на основе ТТЛ и КМДП технологий.

Типовые значения основных статических параметров рассматриваемых групп ИМС при наихудшем сочетании дестабилизирующих факторов и технологических разбросов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Параметр, единица измерения	Элементная база
Параметр, единица измерения	ТТЛ	КМДП
Е, В	+5  5%	+ (5  9)  5%
U⁰, В	 + 0,4	 + 0,3
U¹, В	+ 2,4  4,5	+ 4,5  8,5
I¹_вх, мА	 0,1	 1,5  10^-3
I⁰_вх, мА	 1,6	 1,5  10^-3
I^-1_вых, мА	 1	 2,5
I⁰_вых, мА	 16	 2,5
U_п^, В	 0,6	1  3

В составе схем малой и средней степеней интеграции ТТЛ и КМДП типов имеются специально разработанные преобразователи уровней.

Отечественная промышленность выпускает микросхемы ПУ типов КМДП  ТТЛ и ТТЛ  КМДП серий К176, К561, К564.

Наиболее известными ПУ КМДП  ТТЛ являются микросхемы К176ПУ5, К561ЛН1, К564ЛН2.

Микросхема К176ПУ1 содержит пять инверторов и имеет два вывода питания: Е1 = 5 В и Е2 = 9 В. Микросхема К176ПУ2 содержит в одном корпусе шесть преобразователей КМДП  ТТЛ. Особенностью этой микросхемы является повышение значения выходных токов логического 0 и логической 1, что необходимо для работы на значительную емкостную нагрузку.

В корпусе микросхемы К176ПУЗ расположены шесть ПУ КМДП  ГТЛ без инверсии выходов, имеются два вывода питания Е1 и Е2. Время завершения переходных процессов преобразования уровней КМДП  ТТЛ не превышает 100 нс для случая перехода от низкого уровня к высокому и 40 нс для случая обратного перехода.

Отличительной особенностью микросхемы К176ПУ5 является то, что каждый из четырех ее ПУ имеет прямой и инверсный выходы. Микросхема К176ПУ4 содержит в своем корпусе шесть ПУ – буферных усилителей и работает от одного источника питания Е1.

Микросхема К564ПУ6 содержит четыре схемы сдвига логических уровней от низкого напряжения к высокому, т.е. ТТЛ  КМДП, и питается от двух источников питания: Е1 = 5 В и Е2 = (10  15) В. Отличительной особенностью этой микросхемы является наличие раздельных для каждого канала сигналов решения; при запрещающем сигнале соответствующий выход микросхемы переходит в высокоомное состояние.

Преобразователь уровней ТТЛ  КМДП

На рис. 21, а представлена простейшая схема преобразования уровней элемента ТТЛ-типа в уровни элемента КМДП-типа (ТТЛ  КМДП). Первый каскад (на транзисторе VT₁) выполняет функции обычного инвертора-усилителя. Второй каскад (на транзисторах VT₂ и УТ₃) представляет собой обычный комплиментарный каскад. Чтобы этот каскад работал нормально, значения порогов U_п_op транзисторов VT₂ и VT₃ должны удовлетворять условию

U_пор. _VT₂ + U_пор. _VT₃  Е.