CC BY
71
УДК 621.3.084.2
устройство выборки и хранения с улучшенными параметрами времени выборки и хранения
© 2007 г. М. С. Бондарь
При аналого-цифровом преобразовании быстро-протекающих процессов обязательным условием является применение устройств выборки и хранения (УВХ), которые запоминают значение входного аналогового сигнала и хранят его до окончания процесса преобразования.
Промышленным стандартом построения ИМС УВХ служит LF 398 или ее отечественный аналог -1100СК2, функциональная схема которой приведена на рис. 1 [1].
т
ОУ1 D\H 1 ;D2
Um
^ i
ОУ2
U„
Uw
[j] Rorp ~p Схр
Как показали исследования, улучшение определяющих параметров УВХ, т. е. уменьшение Д4ыб и увеличение Дхр, возможно в случае замены конденсатора хранения схр искусственной емкостью на базе конвертора положительного емкостного сопротивления (КПЕС). Функциональная схема УВХ при этом примет вид, показанный на рис. 2.
КПЕС содержит: конденсатор C, операционные усилители ОУ3 и ОУ4, резисторы R2, R3, R4, R5.
В общем случае конверторы сопротивления представляют собой активные линейные двухполюсники (четырехполюсники), сопротивление (выходное сопротивление) которых пропорционально сопротивлению нагрузки. В нашем случае в качестве нагрузки выступает конденсатор С.
Входное сопротивление КПЕС определяется соотношением [2]
Рис. 1. Функциональная схема ИМС УВХ 1100СК2
УВХ содержит: операционные усилители ОУ1, ОУ2; диоды D1, D2; аналоговый ключ АК; резистор цепи обратной связи R1; резистор ограничения Rогр тока заряда конденсатора хранения Cхр.
В качестве запоминающего элемента в этой схеме выступает конденсатор хранения Схр, заряжающийся до уровня напряжения входного сигнала. Поэтому наиболее значащими параметрами УВХ являются время выборки Двыб (заряда конденсатора) и хранения Д/хр (спада выходного напряжения), которые определяются, прежде всего, параметрами и свойствами используемого конденсатора.
Z =■
U,
-ZcR 5 - R 2 R 4/ R 3
= Z ,
r
R 2
r3 = r 4 = ^ к.
где Zc - комплексное сопротивление емкостного элемента (конденсатора С), равное
zc =■
1
jo>C
где ю - циклическая частота сигнала (гармоник сигнала) входного воздействия; С - емкость конденсатора; ^ - коэффициент конверсии.
Рис. 2. Функциональная схема УВХ
Фактически КПЕС является имитатором емкости, сопротивление которой прямо пропорционально коэффициенту конверсии, а величина емкости обратно пропорциональна коэффициенту конверсии
с хр = с K к = с яз-.
Я 5
Принимая кк< 1, получим схр > C.
Важнейшим свойством КПЕС является условие
Я 5
I — I K — I
f DV V Г»
R
причем, так как
Uc - U в
2
K к
< 1, то Ic < I в
То есть при использовании КПЕС вместо конденсатора хранения схр, реальный ток перезаряда конденсатора будет в 1/Кк раз меньше, чем в существующих УВХ, следовательно, опасность появления глитчей [3] будет существенно меньше, и необходимость использования резистора ограничения, как в существующих УВХ, отпадает. А значит, постоянная времени заряда искусственной емкости Тз.кон, определяющая Двыборки
т = Я С
з.кон АК кон '
где ЯАК - проходное сопротивление замкнутого аналогового ключа; скон - величина искусственной емкости, создаваемой КПЕС, будет как минимум в два раза меньше, чем у типовых УВХ с схр:
- (RАК + Rогр )Сх
где яогр - сопротивление резистора ограничения в типовом УВХ; Схр - величина емкости конденсатора хранения в типовом УВХ, так как я^ < яогр.
Время хранения определяется скоростью разряда конденсатора (спадом выходного напряжения):
dUc dt
I
Еут
I
ут
С
где - сумма токов утечки элементов схемы, основную долю которого составляет ток утечки 1ут конденсатора хранения.
Ток утечки конденсатора определяется, в свою очередь, сопротивлением изоляции яиз конденсатора хранения (величиной электропроводности диэлектрика), зависящим от линейных размеров конденсатора (величины емкости) [4] и температуры диэлектрика [5].
Для конденсаторов с одним и тем же типом диэлектрика, с уменьшением емкости, что имеет место в случае применения КПЕС, сопротивление изоляции будет возрастать, а ток утечки уменьшаться.
Температура диэлектрика определяется потерями энергии в конденсаторе, прежде всего, в диэлектрике:
Р а = ис1с 1Е§ ,
где ра - мощность активных потерь; tg5 - тангенс угла потерь диэлектрика.
Так как /с<</схр, то активная мощность рассеивания, а значит и температура диэлектрика конденсатора КПЕС будут значительно меньше, чем у типовых УВХ. Следовательно, ток утечки будет меньше, а Д/хр - больше.
Таким образом, в результате замены конденсатора хранения конвертором положительного емкостного сопротивления, УВХ будет характеризоваться:
1) сокращением времени выборки Д/выб за счет уменьшения постоянной времени заряда (перезаряда) искусственной емкости;
2) увеличением времени хранения Дхр за счет уменьшения токов утечки искусственной емкости.
Литература
1. Волович Г.И., Ежов В.Б. Микросхемы АЦП и ЦАП. М.,
2005.
2. Запасный А.И. Основы теории цепей: Учеб. пособие. М.,
2006.
3. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи: Справочник. СПб., 2003.
4. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учебник: 6-е изд. СПб., 2004.
5. Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. 2-е изд., стер. Киев, 1982.
Ставропольский государственный аграрный университет
15 ноября 2006 г.
УДК 621.396.677
свойства переменных разностей в решении задачи оценки направлений прихода сигналов адаптивной антенной решеткой
© 2007 г. М.Р. Бибарсов, Н.Г. Касьяненко, Д.Ю. Мишин, Д.Н. Павлюк, Ю.В. Кузьминов
В работе [1] проведен анализ изменения угла на- Земли, что позволило установить зависимость во вре-блюдения искусственного спутника Земли с наземной мени угла прихода сигнала на адаптивную антенную станции, перемещающейся по определенной широте решетку (ААР) подвижного объекта. В свою очередь,
