Выбор и расчет структурной схемы аналогового тракта




 

Проектирование нужно начинать с сопоставления технических характеристик датчика и технических требований к форме и параметрам сигнала на аналоговом входе АЦП.

Ход рассуждений может быть примерно следующий:

АЦП имеет несимметричный аналоговый вход, а датчик - симметричный выход. Отсюда ясно, что в состав аналогового тракта должен входить дифференциальный (разностный) усилитель, подключенный к выходу датчика. Назовем этот усилитель согласующим (СУ).

Наибольшая точность преобразования аналогового сигнала в цифровой код получается, когда используется вся шкала АЦП, т.е. в том случае, когда

 

,

 

где - максимальное значение сигнала на аналоговом входе АЦП. - шкала АЦП.

Максимальная величина ЭДС датчика намного меньше шкалы , поэтому аналоговый тракт должен обладать коэффициентом усиления не менее чем

 

 

где =(1,1 - 1,3) - коэффициент запаса по усилению.

Из задания на работу известно, что наряду с полезным сигналом действует синфазная помеха. Для исключения ее влияния аналоговый тракт должен иметь коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС)

 

,

 

где - напряжение синфазной помехи;

- минимальное значение ЭДС сигнала датчика;

D- динамический диапазон изменения входного сигнала, дБ.

 

Устройством, ослабляющим синфазную помеху, может быть усилитель с дифференциальными входами, введение которого в аналоговый тракт продиктовано необходимостью согласования симметричного выхода датчика с аналоговым трактом (см.п.4.1.1).

Зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины является нелинейной. В этой связи необходимо включение в состав аналогового тракта функционального преобразователя, обеспечивающего линеаризацию характеристики датчика. Причем данный функциональный преобразователь должен иметь передаточную характеристику, обратную характеристике датчика. Например, если зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины (в задании измеряемая величина не конкретизируется; это может быть температура, перемещение, давление и т.п.) описывается выражением:

 

,

 

то функциональный преобразователь должен иметь характеристику вида:

 

,

 

где - постоянная преобразователя;

, - входное и выходное напряжения функционального преобразователя. Если зависимость ЭДС датчика от измеряемой величины описывается сложной функцией или задана графически, то вид требуемой передаточной характеристики функционального преобразователя следует определить графическим путем, используя кусочно-линейную аппроксимацию, т.е. аппроксимацию кривой зависимость ЭДС ломаной. Число отрезков прямых в рабочем диапазоне достаточно взять 4÷5. Во всех вариантах для определенности рекомендуется крутизну преобразования функционального преобразователя выбрать таким образом, чтобы


,

 

где и - величины максимального входного и выходного напряжений.

Из задания на работу известна полоса частот спектра полезного сигнала. Это дает возможность сформулировать технические требования к фильтру низких частот по полосе пропускания, а именно граничная частота фильтра

 

ƒфнч = ƒв

 

где ƒв - верхняя частота спектра сигнала датчика.

В задании на работу не оговорены требования к АЧХ фильтра, поэтому имеются достаточно широкие возможности в выборе типа фильтра низких частот. Однако целесообразно использовать RC-фильтры. Можно применять активные RC - фильтры типа Баттерворта 2-го порядка, а можно достичь фильтрующих свойств аналогового тракта, совместив дифференциальный усилитель и RC -фильтр.

Преимущества применения активных RC - фильтров по сравнению с LС - фильтрами очевидны. Это хорошая равномерность АЧХ в полосе пропускания и хорошая скорость спада на переходном участке: практически полная развязка входных и выходных цепей, малые габариты и т.д.

Если фильтр выполняется в виде отдельного функционального узла, то его необходимо включать обязательно до нелинейного устройства. В противном случае высокочастотные помехи наводки (с ними практически всегда приходится иметь дело) могут быть трансформированы в область спектра полезного сигнала.

Как уже указывалось, в момент преобразования аналогового сигнала в цифровой код напряжение на входе АЦП должно быть неизменно. Следовательно, в состав аналогового тракта должно входить устройство выборки-хранения, которое периодически запоминает с осреднением мгновенное значение выходного сигнала функционального преобразователя и хранит его в течение времени хранения txp (рис.3).

В итоге анализа по пп.4.1.2 - 4.1.6 структурная схема аналогового тракта может быть представлена так, как показано на рис.4, где СУ - согласующий усилитель;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

ФП - функциональный преобразователь;

УВХ - устройство выборки-хранения;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь.

 

Рисунок 3 - Временные диаграммы работы УВХ

 

Рисунок 4 - структурная схема аналогового тракта при одном датчике

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-12-28 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: