Аннотация
В работе рассматривается процесс разработки четырехканального контроллера АЦП
с предусилителями для синхронной регистрации оптических сигналов. Описаны особенности оптической схемы и алгоритма последующей цифровой обработки измеренных сигналов. Указаны основные аппаратные источники ошибок и несовершенства, а также методы снижения влияния данных ошибок. Рассмотрен подбор микросхем аналогового и измерительного тракта с точки зрения их индивидуальных параметров и совместной работы в схеме. Подробно рассмотрен выбор микросхемы для усилителя сигнала фотоприемника. Проведена оценка требований к источнику опорного напряжения и драйверу АЦП, проработан вопрос выбора самой микросхемы АЦП по параметрам разрядности, быстродействия и цифрового интерфейса. Для достижения большого динамического диапазона регистрируемых сигналов в модуле реализована система автоматического изменения коэффициентов усиления при частоте дискретизации АЦП 50 тыс. выборок в секунду. Достижению таких показателей способствовало применение микросхемы операционного усилителя с интегрированным цифровым переключением коэффициента усиления. Разработка проведена с использованием современных интегральных микросхем с высокими рабочими характеристиками. Подключение к персональному компьютеру и управление работой контроллера осуществляется по интерфейсу USB. Суммарное энергопотребление модуля составляет менее 1 Вт, что позволяет обеспечить питание от информационной шины.
Ключевые слова: контроллер АЦП, регистрация оптических сигналов, несовершенства оптической схемы, динамический диапазон, синхронные измерения, микросхема АЦП, источник опорного напряжения, программируемый коэффициент усиления, интерфейс USB
Список литературы
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2 т. = The art of elec-tronics (© Cambridge University Press, 1980) / пер. с англ. под ред. М.В. Галь-перина; пер.: И.И. Короткевич, М.Б. Левин, В.Г. Микуцкий, Л.М. Наймарк,
О.А. Соболева. – Изд. 3-е, стер. – М.: Мир, 1986.
2. Analog Devices [Electronic resource: products]: AD8610: Precision, Low Input Bias Current, Wide BW JFET Single Op Amp. – URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8610_8620.pdf (accessed: 20.10.2014).
3. Analog Devices [Electronic resource: support]: MT-073: High Speed Vari-able Gain Amplifiers. – URL: http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/ MT-073.pdf (accessed: 20.10.2014).
4. Analog Devices [Electronic resource: products]: AD8253: 10 MHz, G = 1, 10, 100, 1000 iCMOS: Programmable Gain Instrumentation Amplifier. – URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8253.pdf (accessed: 20.10.2014).
5. Texas Instruments [Electronic resource: products]: PGA204: Programmable Gain Instrumentation Amplifier. – URL: http://www.ti.com/lit/gpn/pga204 (ac-cessed: 20.10.2014).
6. Analog Devices [Electronic resource: products]: AD7685: 16-Bit, 250 kSPS PulSAR, ADC in MSOP/QFN – URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7685.pdf (accessed: 20.10.2014).
7. Walsh A. Voltage reference design for precision successive-approximation ADCs [Electronic resource] // Analog Dialogue. – 2013. – Vol. 47, N 6. – http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-06/reference_design.pdf (accessed: 20.10.2014).
8. Analog Devices [Electronic resource: products]: ADR392: 4.096 V Micro-power, Low Noise Precision Voltage Reference with Shutdown. – URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADR391_392_395.pdf (accessed: 20.10.2014).
9 Guery A., Kitchin C. High Speed Op Amp Drives a 16-Bit, 1-MSPS Differen-tial-Input A/D converter [Electronic resource] // Analog Dialogue. – 2002. – Vol. 36, N 6. – http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/36-06/ ADC_OpAmp/ADC_OpAmp.pdf (accessed: 20.10.2014).
10. Спектральный плазмон-эллипсометрический комплекс Эллипс-СПЭК / С.В. Рыхлицкий, В.Н. Кручинин, В.А. Швец, Е.В. Спесивцев, В.Ю. Прокопьев // Приборы и техника эксперимента. – 2013. – № 1. – С. 137–138.
11. Спектральный эллипсометрический комплекс «ЭЛЛИПС-1891-САГ» / С.В. Рыхлицкий, Е.В. Спесивцев, В.А. Швец, В.Ю. Прокопьев // Приборы и техника эксперимента. – 2012. – № 2. – С. 161–162.
12. Сканирующий эллипсометрический комплекс «МИКРОСКАН-3М» / С.В. Рыхлицкий, Е.В. Спесивцев, В.А. Швец, В.Ю. Прокопьев // Приборы и техника эксперимента. – 2009. – № 3. – С. 155–156.
