Metodę kolejnych przybliżeń najłatwiej jest zilustrować posługując się przykładem wagi i ze-stawu binarnych odważników (ich wagi pozostają w stosunku do siebie jak 1:2:4:8:16 itd.) w zastosowania do pomiaru masy. Najszybszy sposób określenia masy ważonego obiektu wymaga położenia na szalce wagi w pierwszej próbie największego odważnika. Zależnie od wyniku porównania należy dodać następny (mniejszy) co do wielkości odważnik lub zdjąć dotychczas użyty i zastąpić go następnym co do wielkości. Stosownie do wyniku porówna-nia mas należy dodawać następny odważnik lub zastępować nim ostatnio użyty, kontynuując operacje aż do użycia najmniejszego odważnika. Uzyskanym w ten sposób najlepszym przy-bliżeniem masy badanego obiektu jest suma mas pozostałych na szalce odważników.
W przypadku metody kolejnych przybliżeń realizowanej w przetworniku AJC, bity wewnęt-rznego przetwornika C/A są analogami odważników, a stan wyjścia komparatora jest analogiem wskaźnika wagi. Logika sterująca procedurą kolejnych porównań może stanowić część scalonego prze-twornika A/C (reiestr kolejnych przybliżeń SAR) lub być zaimplementowana w op-rogramowaniu procesora sterującego układem przetwornik C/A-komparator.
Pseudoprogramn przedstawiony w tabeli stanowi przykład realizacji tej metody.
W przypadku większości procesorów można zrealizować go przy pomocy mniej niż 20 linii programu:
/komentarz
/ustalanie wartości wagi - początek od góry /wartość wyjściowa - początkowo 1/2 skali /podać wartość do przetw. C/A
/oczekiwanie na ustalenie się stanu przetwornika /test wyjścia komparatora
/wyzerować bit maski /nowa wartość do porównania
/wykonywanie pętli do chwili wykorzystania wszystkich bitów maski
Elektor 1 0 / 9 6
Rozwiązanie problemów konwersji analogowo-cyfrowej
wysyła w linię krótki impuls i detekuje wszystkie odbicia spowodowane przez znaczne różnice w impedancji linii (np.
zwarcia, rozwarcia). Czas propagacji impulsu w linii i powracających sygna-łów odbitych wynosi 3,3ns na stopę (10,8ns/m), przy założeniu szybkości propagacji równej 0,6c, gdzie c jest szybkością rozchodzenia się światła.
Stosunek amplitud impulsu odebrane-go i wysłaneodebrane-go służy do określenia współczynnika odbicia. Znając wartość współczynnika odbicia i impedancję charakterystyczną kabla można wyzna-czyć impedancję nieciągłości linii, a na jej podstawie określić rodzaj nieciągłoś-ci. Tłumienie impulsu w kablach współ-osiowych stanowi dodatkowe utrudnie-nie i oprogramowautrudnie-nie powinno kom-pensować ten efekt, wykorzystując po-miar odległości.
Użyty w takim urządzeniu przetwornik A/C powinien dokonywać konwersji co 5ns. Choć takie przetworniki istnieją, są bardzo drogie, zużywają bardzo dużo energii i nie nadają się do zastosowań w urządzeniach przenośnych.
Analogowa część przenośnego reflek-tometru stanowi praktyczną ilustrację omówionych problemów (rysunek 6).
Dla zapewnienia przejrzystości sche-matu nie zamieszczono na rysunku części cyfrowej. Mimo całej swej pros-toty i mało wyszukanych elementów układ ma znakomite parametry. Mierzy niezawodnie impedancję zakończenia linii z dokładnością 5% dla długości kabla sięgających I 6 5 m . W przypadku
zwarcia lub rozwarcia linii jej długość może sięgać 660m. Co najważniejsze, układ może pracować 20 godzin przy zasilaniu z alkalicznej baterii 9V.
Znajdujący się na rysunku 6 kompara-tor (IC3) pracuje z asymetrycznym zasi-laniem, ustala poziom odniesienia, a czas propagacji wynosi 10ns. Po-dwójny przetwornik C/A umożliwia po-miar amplitudy impulsu oraz wystero-wuje układ regulacji kontrastu wyświet-lacza LCD. Przetworniki C/A są stero-wane odwrotnie, tj. na wyjścia prądowe podane jest buforowane napięcie od-niesienia, natomiast wejścia odniesie-nia służą jako wyjścia napięciowe, bu-forowane przez zewnętrzne wzmacnia-cze operacyjne.
Prosty układ monostabilny (nie został umieszczony na schemacie) wystero-wuje bazę tranzystora Q1, który z kolei wysyła w linię dodatnie impulsy o czasie trwania 10ns. Wszystkie powstające w li-nii odbicia są doprowadzane do kom-paratora IC3 przez kondensator C3.
Układ IC5 jest źródłem (z pasmem za-bronionym) napięcia odniesienia 1,2V, przed doprowadzeniem do przetworni-ków C/A buforowanego przez wzmac-niacz IC2d. Napięcie to, po dwukrot-nym wzmocnieniu przez wzmacniacz IC2c, staje się napięciem odniesienia komparatora, równym 2,5V. Przetwornik C/A „A" dostarcza napięcia z przedzia-łu 0...3,8V, podawanego na wejście nie-odwracające komparatora. Poziomy powyżej 2,5V umożliwiają określenie amplitud impulsów dodatnich,
nato-miast poniżej 2,4V - im-pulsów ujemnych.
Każdy impuls wysyłany w linię podawany jest także na znajdującą się w części cyfrowej linię opóźniającą o regulowa-nym opóźnieniu, zawie-rającą elementy o opóź-nieniu 20ns, sterowane przez licznik. Impuls z li-nii opóźniającej wystero-wuje wejścia D przerzut-ników bistabilnych IC1a i 101 b, taktowanych przez komplementarne sygna-ły wyjściowe komparato-ra (standard TTL). Po-miar czasu sprowadza się więc do pomiaru róż-nicy czasu opóźnienia i powrotu impulsu odbite-go w kablu. Jeśli więc 9M080- 19 sygnał z linii opóźniającej pojawi się przed impul-sem zegarowym, stan na wyjściu prze-rzutnika bistabilnego będzie wysoki, jeśli natomiast po impulsie zegarowym - będzie to stan niski.
Pomiar czasu wymaga ustawienia nis-kiego poziomu na wyjściu przetwornika C/A i iteracyjnego dobierania opóźnie-nia linii do chwili, w której stan na wyj-ściu przerzutnika bistabilnego będzie równy zero - wtedy należy odczytać stan licznika starującego pracą linii opóźniającej. Podobnie, pomiar ampli-tudy powracających impulsów wymaga iteracyjnej zmiany napięcia wyjściowe-go przetwornika C/A do chwili, w której stan na wyjściu przerzutnika bistabilne-go będzie równy zero - wtedy należy odczytać przetwarzaną przez przetwor-nik wartość. Oba przerzutprzetwor-niki bistabilne reagują na pierwsze zbocza impulsów docierających do komparatora. Zbocza te są zboczami narastającymi w przy-padku impulsów dodatnich i opadają-cymi w przypadku impulsów ujemnych.
Gdyby sygnał taki podać na jeden prze-rzutnik bistabilny, szerokość impulsu zostałaby potraktowana jako część
opóźnienia. • Bibliografia
1. Jordan E., Reference Data for Engi-neers, wyd. 7, Howard Sams, 1989.
2. Kenner B. i Wettroth J., The Design of Time-Domain Reflectometer, Computer Applications Journal #29, Oct./Nov.
1992.
3. Horowitz P i Hill W., The Art of Elec-tronics, wyd. 2, Cambridge University Press, 1989.
30 Elektor 10/96
WKŁADKA
1 sf
7 )
V y 6 - y y " V
( * •
- V ) ( f . • v i \im m%\ • Ylk - y V y " y
im im L v 2 , " L% i J L%
i n m i n t * i n n n n t - ° l u u u u u » [ u u u u u > » s n n n n t - * i n n n n i - 0
M U U U U f i | U U U U M » Ogranicznk mocy m.cz.
Dekada RC w technologii SMD
n
Tester parowania kondensatorów
L
Cyfrowy kompas Tester rezystancji przejścia
J—L Układ do przełączania joysticka
Eiektor 10/96