Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы применить рассмотренный способ измерения, к преобразователю амплитуды в код с поразрядным взвешиванием (см. рис.
5.18,а), в схему вводят дополнительный ЦАП-2 со счетчиком (рис. 5.20, выделено пунктиром). Коэффициент пересчета счетчика равен Mf т. е. счетчик имеет M состояний, которые изменяются с поступлением на вход каждого нового импульса. Кроме того, вводят аналоговый сумматор, на который подаются напряжения от обоих ЦАП. При работе счетчика на компаратор поступает дополнительное ступенчатое напряжение, равное среднему значению ширины канала. Таким образом, введенными схемами осуществляют как бы «сдвиг шкалы». Учет сдвига производится цифровым сумматором, на который поступает код с регистра и со счетчика.
Оценим улучшение однородности эффективной ширины канала. Допустим, что границы К-го канала соответственно имеют значе-
Вход
+
Формирование импульса с плоской вершиной.
Регистр
Аналоговый сумматор
1 і
ЦАП-1
Tri ТГ2 Trn
R S R S R S
I I I I I I
Схема
управления
Ц АП-2
Цифровой, сумматор
U_______________і
Счетчик
Рис. 5.20. Преобразователь амплитуды в код с поразрядным взвешиванием, основанный на применении метода сдвигающейся шкалы
281
ния КЛ гк и /С+І+єк-и, где К и К+1—значения идеальных границ; гк и єх+і — отклонения от этих значений, вызываемые погрешностями ЦАП-1 с регистром. Тогда отклонение реальной ширины /(-го канала от идеальной равно єх+і—гк. Дополнительной схемой ЦАП-2 со счетчиком после поступления каждого нового импульса производится «сдвиг шкалы», и границы каналов увеличиваются на постоянную величину S, принимая соответственно значения K+S-heK+s и /C+l+S + e*+s+i. При этом отклонение реальной ширины от идеальной равно
Єк-bs+l — Єк+S.
Очевидно, что после M сдвигов отклонение эффективной ширины канала равно
S=M
2 (8/<+S-M ~ 8/<+s)
S=O
Таким образом, отклонение эффективной ширины канала от идеальной получается в (М4-1) раз меньше, чем в схеме без сдвига шкалы.
§ 5.6. АМПЛИТУДНЫЕ КОДИРОВЩИКИ
НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ АЦП
Для преобразования аналоговых величин напряжения в цифровую форму разработаны быстродействующие АЦП. Они выполняются как из отдельных интегральных элементов, так и полностью в виде единых интегральных микросхем. Число разрядов и параметры АЦП определяются в основном их назначением. Наибольшим быстродействием обладают АЦП, рассчитанные на преобразование в цифровую форму видеосигналов. При кодовой передаче видеосигналов с последующим их восстановлением в аналоговую форму уменьшаются нелинейные искажения и влияние помех. Поскольку частотный спектр видеосигналов простирается до 5—6 МГц, то применяемые АЦП имеют очень высокое быстродействие, лежащее в наносекундной области. Разрядность этих преобразователей определяется числом передаваемых яркостных градаций и обычно не превышает 7—8. Интегральные АЦП и выполненные на их базе кодировщики амплитуд импульсов применяют и в приборах ядерной электроники.
5.6.1. АЦП ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ТИПА
Параллельным АЦП является фактически рассмотренная выше входная часть схемы многоканального амплитудного анализатора с пороговыми дискриминаторами (см. рис. 5.12). Логическая часть этой схемы, выполненная на элементах отбора антисовпадений, выдает сигнал на одном из выходов, т. е. формирует позиционный
282
%+л*+1-вА_ (59)
M+ 1
Рис. 5.21. Схема цовым выходом
параллельного АЦП с ко-
код. Для задач, связанных с получением и передачей цифровой информации, более удобны параллельные АЦП с кодовыми выходами. Структура параллельного АЦП изображена на рис. 5.21. Преобразователь состоит из измерительной части, выполненной на компараторах, и логической части — шифратора. Компараторы соединены с делителем опорного напряжения; при этом их пороги срабатывания равномерно увеличиваются на постоянную величину AUon. Кодируемый импульс поступает одновременно на все входы. В зависимости от амплитуды сигнала срабатывает определенное число компараторов, начиная с первого, и на их выходах (1, 2, ..., 7) появляется 1.
Задача шифратора состоит в преобразовании числа, равного количеству сработавших компараторов, в двоичный код. В данном случае применяется схема, составленная из логических элементов И—HE; с трех выходных элементов снимается двоичный код 2°; 21; 22. Применяются и другие схемы шифраторов; более простую структуру имеют шифраторы, работающие от компараторов с двумя выходами — прямым и инверсным.
Быстродействие параллельных преобразователей определяется как временем включения компараторов, так и разрешающим временем логической схемы; у лучших образцов оно достигает 10 не.
Точность преобразования АЦП, так же как и у многоканальных анализаторов с пороговыми дискриминаторами, определяется однородностью порогов срабатывания и стабильностью компараторов; в интегральном исполнении эта точность значительно лучше, чем у приборов на дискретных элементах. Однако с увеличением числа разрядов (более четырех) трудно обеспечить высокую точность преобразования, кроме того, прогрессивно усложняется логическая часть схемы. Поэтому наряду с параллельными применяются другие, более медленные типы АЦП, например схемы конвейерного типа, в которых кодируемый сигнал измеряется последовательно во времени цепочкой компараторов. В приборах ядерной электроники чаще применяют комбинированные ступенчатые АЦП из нескольких малоразрядных параллельных преобразователей.
