Динамические погрешности аналоговых мультиплексоров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Mamutov Batr Vjacheslavovich

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: [email protected].

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: +78634371773.

The Department of Automatic Control Systems; Postgraduate Student.

УДК 621.82

Л.К. Самойлов

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ АНАЛОГОВЫХ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ

Дается понятие аналоговых мультиплексоров, приводятся их характеристики: величина времени задержки, статическая погрешность коэффициента передачи, динамическая , , , первой производной сигнала на входе ключа, максимальное значение сигнала на входе ключа, выходное напряжение аналогового ключа, приращение входного напряжения за время начальной задержки включения ключа, относительная динамическая погрешность ключа. Аналоговые мультиплексоры; динамическая погрешность; время задержки.

L.K. Samoilov

DYNAMIC ERRORS OF ANALOGUE MULTIPLEXERS

The article presents the concept of analog multiplexers, given their characteristics of: the value of the delay time, the static error of the transmission coefficient, the dynamic error of the first, second kind, the time delay information, maximum value of the first derivative of the input signal switch, the maximum value of the signal at key input, the output voltage analog switch, the increment input of the voltage during the initial switch-on delay, the relative dynamic error of the key.

Analogue multiplexers; dynamic error; delay time.

Аналоговые ключи относятся к аналого-дискретным элементам [1]. Аналоговый ключ может быть реализован в виде отдельного устройства. Набор аналого-

, , -

сит название аналогового мультиплексора (АМХ).

При подаче управляющего импульса выборки открытие ключа происходит с

начальной задержкой t0 относительно переднего фронта управляющего импульса.

( t0 ) -

/ и. мах х г-.

симального (t0 ). Величина времени задержки определяется типом микросхемы

и условиями эксплуатации. В дальнейшем принимается, что

и. _и. Atax /"14

10~ 10 . (1)

Ключ характеризуется следующими погрешностями:

♦ статической погрешностью коэффициента передачи (уст);

♦ динамической погрешностью первого рода (уГдт );

♦ динамической погрешностью второго рода ().

Ключ также характеризуется временем задержки информации

tad = to + Кл , (2)

где tra - время, в течение которого выходное напряжение открытого ключа дос, -

данной погрешностью удун .

Моментом включения ключа является передний фронт управляющего им.

.

( ).

производной сигнала на входе ключа (М\шх) можно определить с помощью нера-:

ML,^A,a^^p, (3)

где Амах - максимальное значение сигнала на входе ключа.

Тогда можно утверждать, что в наихудшем случае на входе ключа в момент его открытия будет начальное напряжение U'нач, приращение начального напряжения

за время t0 и изменение этого напряжения в виде пилообразного напряжения:

Uex = Uнач + М\,ах 't = U нач + ' Щл ' t0 + А,ах ' 't . (4)

мах гр 0 мах гр

Максимальное значение = А^,г .

/7С4 > -А* С4лс

Эквивалентная схема аналогового ключа в открытом состоянии представляет собой интегрирующую ИС-цепочку с постоянной времени:

т = КС,

где - сопротивление ключа в открытом состоянии,

Сн - емкость нагрузки ключа .

Выходное напряжение аналогового ключа (£/емг) может быть представлено в виде результата воздействия на входе трех составляющих:

♦ ступенчатого напряжения амплитудой Vтч, которое в максимальном случае равно Амах;

♦ приращения входного напряжения за время начальной задержки включения ключа Амах -тгр ■ ^;

♦ пилообразного напряжения Аиах ■ю ■ ? .

,

может быть определено в виде

^ =АиЛ1~ ехр(-Ш + (1 + тгр ■ г0^^-тП-ехр^/тт. (5)

Отличие этого выходного напряжения от входного (4) в момент 1=0, приведенного к Аиах, будет определять относительную динамическую погрешность

ключа ^Ю().

В динамической погрешности аналогового ключа выделяют относительные динамические погрешности первого и второго рода:

=з4,+?!. (6)

Относительная динамическая погрешность первого рода (у^,) определяется

процессами установления выходного напряжения ключа под воздействием ступеньки измеряемого входного напряжения (5):

у1„ =ехР(-КА). (7)

Относительная динамическая погрешность второго рода (у^ ) определяется

процессами изменения выходного напряжения ключа за счет изменения входного

(5):

у! = (1 + °\т ■ *о)°\Р ■ т{(^,/т) - [1-ехр(-^л/т)]}. (8)

На рис.1 приведены графики зависимости у\ин и у^ как функции от £к,/т для фиксированного значения 10 .

--АЛ

—

I 2 3 4 5 6 („Л-

Рис. 1

С помощью этих графиков можно на качественном уровне определить порядок величин о), и оценить допустимую скорость изменения сигнала на входе ключа.

Выходное напряжение ключа в момент 10 + от начала выборки должно

фиксироваться устройством, стоящим на его выходе (анштого-цифровым преобразователем - АЦП или аналоговым запоминающим устройством - АЗУ). Если такой фиксации нет, то выходное напряжение ключа продолжает изменяться, что

приводит к росту у11)ин .

Динамическую погрешность первого рода можно уменьшить путем:

♦ уменьшения сопротивления ключа в открытом состоянии;

♦ уменьшения емкости нагрузки ключа;

♦ увеличения ^ , т.е. снижением скорости работы ключа.

Динамическую погрешность второго рода можно исключить путем постановки АЗУ на всех входах АМХ. В этом случае происходит фиксация всех входных напряжений, но выбран будет только один ключ. Несмотря на существенные аппа-, -говых интегральных схемах [2] и в аналого-цифровых микроконтроллерах [3]. В этом случае к общей погрешности преобразования сигнала добавляется погреш-.

Постановка одного АЗУ на выходе АМХ позволяет минимизировать у1^. Управляющий сигнал выборки АЗУ подается в момент 10 + ^ после н ачала выборки ключа. Это обеспечивает заданную величину у\ин и ограничивает значение

у1^ на минимально возможном уровне. В этом случае также к общей погрешности преобразования сигнала добавляется погрешность АЗУ.

При проектировании оптимального устройства обычно стремятся выполнить условие равенства погрешностей, определяющих его работу [4],[5]. Если с этой

точки зрения принять, что у\ин = у1Ш1 = 0,5удш(, то, подставляя (5) в (6), получим

0 57дш

(7)

а+о)гр ■ 10 )[1п(1 / а 5удш,) -1+0,5>удш,]

На рис. 2 приведен график зависимости со ■х как функция от удт при фиксированном значении 10 .

Рис. 2

Современные аналоговые ключи имеют относительные суммарные погрешности в диапазоне от 0,01 до 0,1 %. Для удобства анализа и оценки параметров ключей в

. 1 ■ .

1

3 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,1 0,2

согр ■ т -105 0,56 1,93 3,43 5,0 6,72 7,58 17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Турулин И.И. Электроника и микропроцессорная техника. Ч. 1. Аналоговая и аналогоцифровая электроника: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 154 с.

2. Полищук А. Программируемые аналоговые ИС Anadigm: структуры и принципы построения // Современная электроника. - 2005. - № 1. - С. 24-27.

3. Редькин ПЛ. Прецизионные системы сбора данных семейства MSC12xx фирмы Texas Instruments: архитектура, программирование, разработка приложений - М.: Изд. дом «Додэка-XXI», 2006. - 608 с.

4. . .

- //

ПЭМ-2006. п. Дивноморск, 2006.

5. . . -

лестничного типа. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - 186 с.

Статью рекомендовал к опубликованию к.т.н. Е.А. Заковоротнов.

Самойлов Леонтий Константинович

Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: [email protected].

347928, . , . , 2.

Тел.: 88634311193.

Кафедра автоматизированных систем научных исследований и экспериментов; .

Samoilov Leonty Konstantinovich

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: [email protected].

2, Shevchenko Street, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: +786343111193.

The Department of Automated Research Systems; Head the Department.

УДК 621.396

М.С. Китайский, А.О. Касьянов, С.И. Заковоротный ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ

,

ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ РЕШЕТКИ МИКРОПОЛОСКОВЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Приведены результаты численного моделирования эффекта поглощения микроволновой энергии при рассеянии плоской электромагнитной волны на конструкции в виде периодической решетки микрополосковых элементов с магнитодиэлектриком, обладающим маг. -тельной антенной решетки, задача рассеяния плоской электромагнитной волны, результаты расчета коэффициента отражения для разных топологий микрополоски и толщин подложки.

Микрополосковый переизлучатель; численное исследование; поглощение микроволновой энергии; коэффициент отражения.