Интегральные средства сбора, измерения и преобразования сигналов

Разновидностью ИМС являются интегральные аппаратные средства измерения, сбора и преобразования данных (data acquistion subsystems), представляющие собой функционально законченные компоненты приборов, подсистем и систем. Это полупроводниковые и гибридные однокристальные и многокристальные АЦП и ЦАП, микропроцессоры (в том числе "аналоговые"), схемы цифровой памяти, интерфейсов, таймеров и т.д., выполняющие определенные функции по преобразованию сигналов. Ряд широко используемых АЦП и ЦАП с их характеристиками были приведены ранее.

"Аналоговые" микропроцессоры представляют собой БИС для цифровой обработки сигналов и составляют семейство биполярных БИС, предназначенных для реализации алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ), цифровой фильтрации и т.д., требующих максимально возможной производительности. Изготовляют и отдельные компоненты для таких устройств: перемножители-накопители, корреляторы, АЦП переменного действия. Достигнутый уровень технологии тем не менее пока не позволяет создать ПЦОС для сигналов с частотным спектром свыше 1 Мгц.

Ниже на рисунке приведена диаграмма, показывающая области достижимых значений по частотному спектру и разрядности ПЦОС.

Отметим некоторые свойства ПЦОС ВЕ1813 (аналог I2920), структурная схема которого представлена ниже на рисунке.

Особенностью структуры ПЦОС ВЕ1813 является наличие в кристалле ЦАП и АЦП (9 разрядов). Кроме ЦАП и АЦП в аналоговую часть входят аналоговый мультиплексор и устройство выборки и хранения (УВХ), выходной дискретизатор и схемы хранения, буферные усилители. В состав цифровой части входят ППЗУ команд со счетчиком команд и схемами синхронизации, ОЗУ, двоичный сдвиговый регистр (масштабирующее устройство) и 28-разрядное АЛУ. Для ускорения вычислений ПЦОС ВЕ1813 работает по принципу конвейерной обработки. Группа арифметических и логических команд представлена командами сложения, вычитания, умножения и деления посредством многоразрядных сдвигов, коньюнкции, исключающего ИЛИ, выделения абсолютной величины, ограничения и аналого-цифрового преобразования. Команды пересылки осуществляют обмен данными между операционной частью и ОЗУ, а также загрузку и выгрузку регистра данных.

Самая длинная команда соответствует максимальной емкости ППЗУ, содержит 192 микрокоманды и выполняется за 78,6 мкс. Максимальная частота дискретизации равна 13 Кгц, а полоса пропускания - 6.5 Кгц.

Важное место среди представленного перечня интегральных аппаратных средств занимают интегральные устройства ввода-вывода в ЭВМ аналоговых сигналов микроэлектронном исполнении. Это часть многоканальных систем для связи с объектом исследования, контроля и управления.

Устройства ввода аналоговых сигналов (УВАС) выполняют, как правило, такие функции:

коммутацию большого числа аналоговых каналов;

усиление сигнала до необходимого уровня;

запоминание аналогового сигнала;

аналого-цифровое преобразование сигнала;

выдачу в магистраль цифровых данных.

Ниже на рисунке приведена структурная схема быстродействующего программируемого УВАС на 4 входа.

УВАС содержит 4 входных аналоговых запоминающих устройства. Структурная схема представляет типичную структуру УСД с ранее рассмотренными функциями блоков. Программируемость УВАС заключается в том, что устанавливается режим опроса каналов (задается циклограмма), задается коэффициент усиления и режим работы АЦП. УВАС изготовляется в гибридном исполнении. Выпускаются также интегральные устройства вывода аналоговых сигналов, которые осуществляют запоминание цифрового эквивалента сигнала и его преобразование в аналоговую форму.

Совмещение УВАС с микропроцессором дает возможность существенно уменьшить габариты и вес, повысить надежность и расширить функциональные возможности.