|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы имеют высокое быстродействие и простую схему управления. Быстродействие схемы рис. 3.24 в основном определяется скоростью нарастания выходного напряжения ОУ. Для переключения напряжений в милливольтогом диапазоне требуются более сложные структуры мультиплексоров, так как в этом случае необходимы специальные меры борьбы с влиянием помех на уровень выходного сигнала. Примером такой структуры является дифференциальный мультиплексор[12], в котором для передачи сигнала одного канала используются два аналоговых ключа (рис. 3.25). "«л2 о-  Рис. 3.24. Функциональная схема мультиплексора напряжения с переключателями тока Упрпдлйющие сигналы Рис. 3.25. Функциональная схема мультиплексора напряжения в милливоль-товом диапазоне Входные напряжения, например, для первого канала ubxi и ыи через ключи КЛ\ и ¥Jl\ подаются на входы буферных каскадов ОУ1 и ОУ2, работающих в режиме повторителей напряжения. С выходов повторителей напряжения поступают на вход ОУ3, работающего в режиме вычитающего усилителя. В результате выходное напряжение мультиплексора: ыых \ + )( "bxi - «bxi) • При полной идентичности каналов в схеме будут подавляться мешающие сигналы, совпадающие по фазе для обоих каналов. К таким помехам относятся наведенные сигналы из некоммутируемых (в данный момент) каналов и источников питания, различные выбросы напряжений, связанные с процессом переключения ключей, смещение нулевого уровня сигнала в каналах и др. Необходимо отметить, что подавление медленно изменяющихся сигналов помех практически полностью определяется коэффициентом ослабления синфазного сигнала ОУз, который может достигать значения 10*-10. Степень подавления быстро изменяющихся сигналов помех будет существенно зависеть от разброса паразитных емкостей в каналах, а также от частотных сгойств операционных усилителей. Иногда необходимо применять мультиплексоры с числом каналов, равным нескольким десяткам и даже сотням. Однако рост числа каналов приводит к дополнительным ошибкам в передаче напряжения, обусловленным токами утечки запертых ключей. Рассмотрим влияние токов утечки -на примере схемы, приведенной на рис. 3.23, б. Токи утечки /ут будут замыкаться на землю через прямое сопротивление замкнутого ключа, выходное сопротивление источника входных сигналов и входное сопротивление ОУ, создавая на входе усилителя падение напряжения Аи, которое для открытого канала эквивалентно статической помехе (на рис. 3.23, б показано направление токов утечки для замкнутого ключа Кл. Напряжение Аи = Rin-1)/ут, где RsK = (Rnp + Rii)RBx(Riip + -\- Ry, + Rbx), ti ~ количество каналов. Обычно Твх > > пр, поэтому Rsk Rb- Если использовать, например, интегральные ключи 190КТ1, у которых ток утечки / = 50 нА при 25° С, то для 10-ка- 10-канальные мультиплексоры 91-100- 10-канальный мультиплексор Рис. 3.26. Структурная схема двухступенчатого мультиплексора нального мультиплексора при R„ = = 10 кОм погрешность Аи = 4,5 мВ. С ростом температуры на 10°С эта погрешность удваивается. Если 7?„малб, то погрешность, обусловленная токами утечки, будет ничтожно малой. При большом числе каналов (несколько десятков и сотни) для уменьшения статической ошибки целесообразно применять пирамидальную структуру мультиплексора [12]. На рис. 3.26 приведена структурная схема 100-канального мультиплексора, выполненного в виде одиннадцати 10-канальных мультиплексоров. Для пирамидального мультиплексора напряжение ошибки из-за протекания токов утечки Аи = {tn-l)kly, где k - количество ступеней; т - число каналов отдельного мультиплексора (для рассматриваемого случая k = 2, т = 10). Напряжение ошибки пирамидального мультиплексора для = 20 кОм, = 50 нА Аы = 9 мВ. При реализации мультиплексора по одноступенчатой структуре ошибка достигала бы 49,5 мВ. Входной ток ОУ /вх. создавая на сопротивлении R„ падение напряжения I bsR вносит дополнительную статическую погрешность. Быстродействие мультиплексоров определяется скоростью переключения используемых ключей и длительностью стадий перезаряда паразитных емкостей схемы. На быстродействие существенно влияют суммарная паразитная емкость Cgp, образованная в точке соединения всех ключей, и входная емкость Свх ОУ (рис. 3.23, б). Перезаряд этих емкостей протекает через сопротивление замкнутого ключа Rp и выходное сопротивление /?„. Длительность стадий перезаряда опрсг деляется постоянной времени т = (/?„ + /?пр) (Свдр + Свх)- Применение ОУ на выходе мультиплексоров может также ограничивать их быстродействие, если ОУ имеет время установления больше, чем постоянная времени т. Для ключей, применяемых в мультиплексорах, необходимо выполнение следующего условия: время включения ключа должно превышать время выключения. При невыполнении этого условия возможно закорачивание между собой отдельных источников вхоД: ного сигнала. Мультиплексоры могут быть построены на базе ИМС, выпускаемых промышленностью. Аналоговую часть их можно выполнить на основе любого из рассмотренных ранее типов ключей, но особенно широко для этой цели применяются ключи на полевых транзисторах. В качестве примера рассмотрим интегральные мультиплексоры типов К564КП1 и К564КП2, выполненные на КМОП-транзисторах [4]. Сдвоенный четырехканальный мультиплексор К564КП1, состоящий из дешифратора на два входа и восьми двунаправленных ключей.. XQI3 о\-1 X, Рис. 3.27. Схема интегрального мультиплексора типа К564КП1 i 5 б 7 Рис. 3.28. Схема интегрального мультиплексора типа К564КП2 соединенных в две группы, осуществляет коммутацию как аналоговых, так и цифровых сигналов (рис. 3.27). В зависимости от значений цифровых сигналов на входах А ц В дешифратора открывается одна из четырех пар каналов и соединяются соответствующие входы с выходами. При подаче высокого уровня напряжения на вход С дешифратора все ключи мультиплексора оказываются запертыми. МС К564КП2 является восьмиканальным мультиплексором (рис. 3.28), аналогичным микросхеме К564КП1. По значениям цифровых кодов на входах .4, В и С открывается один из восьми каналов и соответствующие сигналы передаются на выход. Высокий уровень напряжения на входе запрета D соответствует запертому состоянию всех ключей. Диапазон изменения коммутируемого напряжения микросхемами ±7,5 В. § 3.4. АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЙ Эти компараторы входят в состав любого АЦП и во многом определяют его параметры. Компараторы сравнивают входное напряжение Mgjj с пороговым значением Vnov и формируют выходной логический сигнал 1 или О в зависимости от знака разности сравнивав- 0 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 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |