|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы где /вх - входной ток УОАС; Ubx ,м - входное напряжение, при котором Q достигает максимума. Очевидно, что реальные затраты энергии Ав.р на .входе УОАС будут всегда больше Лв из-за действия паразитных входных емкостей УОАС. Поэтому для оценки эффективности использования затрачиваемой на входе УОАС энергии можно применить коэффициент полезного действия входной цепи -цАв/Ав.р. Очевидно, что г\ будет зависеть от структуры входной цепи УОАС и технологии его изготовления. Для • трансляции входного сигнала на выход УОАС потребляет мощность Р от источников питания. По аналогии с Ав для характеристики этого процесса воспользуемся энергией где Р= и1„\ + и1„2 определяется токами /„1 и /„2, отбираемыми УОАС от источников питания с напряжениями и . Величина называется удельным энергопотреблением УОАС и имеет размерность джоуль на бит (Дж/бит). Она определяет минимальное значение энергии, которую необходимо затратить, чтобы УОАС передало на выход 1 бит входной информации. Значения А и А„ определяются всей совокупностью показателей точности, быстродействия и потребляемой мощности (обычно 15...20), характеризующих УОАС любого типа, и, следовательно, могут быть обобщенными показателями их технического уровня. Параметры Ав и А„ имеют понятный физический смысл, что выгодно отличает их от используемых показателей УОАС некоторых типов, определяемых отношением или произведением только частных параметров. Информационно-энергетические показатели ОУ. Результат преобразования входной информации передается на выход ОУ с погрешностью АХ = КиЕош, (1-4) где Ки - коэффициент передачи ОУ с обратной связью, ош - суммарная погрешность передачи ОУ, характеризуемая всеми показателями его неидеальности (см. гл. 2). Время преобразования информации в ОУ до требуемой относительной погрешности б = АХ 7вх, определяемой суммой времени нарастания t/вых и времени установлений, находится из следующего выражения [6].; п.у=(t/вх - t/л) K,j/v + {Ku/2nf.)\n{ [ и.ЦЬ - b,Ku)UB.\ +1}, (1,5) где Ьс - Еош/Ubx - относительная статическая погрешность, t/л - диапазон входных сигналов, в котором обеспечивается квазилинейный режим работы входного каскада ОУ, ft - частота единичного усиления, V - скорость нарастания выходного напряжения ОУ (см. гл. 2). С учетом действия бс количество информации, получаемой на выходе ОУ в результате измерения входного сообщения Ubx при равномерном законе его распределения, . Q=- log2(6 + 6c). , .. . (1.6) Подставляя (1.5) и (1.6) в (1.1), получаем выражение для пропускной способности ОУ с ОС С,у=-log2(6 + 6c)/W • (1Д) Максимальное значение С, достигается при Ki = i и t/c,M = 0 (повторитель с отрегулированным напряжением смещения нуля). Величины Лв, А„ и С,, вычисленные для современных ОУ, ,{т. табл. П.1), определялись при б = 10~, где значения Ct для всехОУ близки к своим максимальным. Значения Ав рассчитывались при /вх.м = 10 В и при использовании всего диапазона допустимых входных сигналов большинства ОУ (для К153УД1, К140УД1 и К140УД5 Ubx.m - 5 В). Увеличение входного напряжения пропорционально увеличивает Лв и, следовательно, для сравнения ОУ достаточно определить их энергии Ав при каком-либО одном значении. Устройства выборки и хранения. Этот тип УОАС можно рассматривать как модификацию ОУ на более высоком уровне функциональной интеграции. Обладая всеми функциональными возможностями ОУ (УВХ в режиме выборки), УВХ выполняют дополнительную функцию - хранение аналогового сигнала. Полезным результатом работы УВХ является количество информации о входном сообщении, которое содержится в выходном сигнале к моменту начала хранения. Относительно конечного результата работы режим выборки (установление с заданной точностью однозначной связи между входным и выходным сигналами) является «паразитным», однако неизбежным вследствие несовершенства элементов и схемотехники УВХ. Именно поэтому основные параметры УВХ характеризуют режим выборки, а хранение описывают обычно только скоростью изменения хранимого сигнала, т. е.. скоростью потери полученной информации (см. гл. 8). Статическую погрешность Дв выборки УВХ можно определить из выражения (1.4), а количество информации о вводном сигнале, получаемой на выходе УВХ в режиме выборки, из выражения (1.6) при бс = Дв/Ьвх = бв и t„,y = tB. В режиме хранения за время часть выбранной информации Qb теряется из-за действия ошибки хранения Adt. Следовательно, суммарное количество информации, получаемой за один цикл работы УВХ (выборка и хранение), равно Q=:=Qb -ДС(Д,<)= = -log2(6 + 6B + 6x), где бх = Дх вх- При работе УВХ обычно выбирают t„ с таким расчетом, чтобы Дх<Дв. Поэтому предельные возможности УВХ полностью определяются его параметрами в режиме выборки. Поскольку характеристики ОУ и УВХ в режиме выборки совпадают, то для расчета времени выборки и пропу- скной способности с, УВХ можно воспользоваться выражениями (1.5) и. (1.7), заменив бс на бв. Рассчитанные при аналогичных, принятых для ОУ, исходных данных значения С,, Ав и А„ для микросхем УВХ приведены в табл. П1. Компараторы напряжения. Любое количество входной информации компаратор преобразует за время /„.к в одно бинарное со-обпдение, определяемое на его выходе уровнями напряжений лог. О или лог. 1 в зависимости от того, больше или меньше входной сигнал Ubx опорного Uon (см. гл. 6). Погрешность преобразования входной информации компаратора определяется напряжением ошибки A,Y, выражение для которой аналогично (1.4) при Ки = 1 и использовании замены t/вых = t/ - t/°. При I t/вх -f/oni =£ош выходное напряжение равно логическому пороговому U"x{U - -1/")/2. Если разность t/в = f/вх - t/on лежит в диапазоне Ub< < I Еош I, то равновероятны оба состояния на выходе компаратора. Пусть бинарным элементам Xi, Хч входного сообщения X соответствуют элементы у\, уч выходного сообщения К. Если уровни напряжений Х\, Х2 попадают в диапазон ±Еош или на вход компаратора воздействуют помехи, то однозначная связь между X w У нарушается. Наибольшая скорость передачи информации в бинарном канале достигается при равенстве вероятностей piijx/x) = р(уг/х\) = = Рл ошибочного приема входного сообщения X. В этом случае пропускную способность компаратора как бинарного канала можно определить из выражения С№=[(1 -p.,)iog2pj,+(l -Рл) log2(l -Рл)] п.к,. где числитель определяет количество информации Q, получаемой от компаратора. При РлО С(„->1/;п.к, при рл0,5 С,„0. Величины Ав и А„ для компараторов рассчитаны в гл. 6, где показано, что в диапазоне t/B = 2 ... 15 мВ величина Ав слабо зависит от и в- Поэтому при расчетах Ав для компараторов, у которых значение <п.к нормируется при t/в = 5 мВ, можно воспользоваться выражением Лв = /вх(5мВ--f/cM)n.k- Рассчитанные величины Ав, An и Ct при Д7=100° С для основных типов компараторов приведены в табл. П1. Информационно-энергетические показатели ЦАП и АЦП. Количество информации, получаемой от ЦАП (АЦП) при равномер ном законе распределения входной информации, равно их разрядности Л. Величина Л и время преобразования /„ входной информации в выходную у любого ЦАП (АЦП) являются нормированными параметрами (см. гл. 9 и 11). Поэтому величины Ct и А„ получаются непосредственной подстановкой в (1.1), (1.3) значений t, N и U„, 1„ для ЦАП (АЦП) без промежуточных (как в ОУ, компараторах и УВХ) вычислений. Что касается Ав, то в ЦАП этот показатель вырождается в суммарную энергию, затрачиваемую источником информации на переключение входных логических элементов (энергия переключения) ЦАП. В АЦП величина Лв определяется соответствующим типом входного узла (обычно ОУ, УВХ или компаратор), т. е. показателем качества 0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 |