Расчет фильтров питающего напряжения

В данном модуле используются 2 фильтра питающего напряжения: для цифрового источника питания V_CC=5В и V_CC 1=+5В. Каждый из них выполняет два типа фильтрации: подавление высокочастотных (ВЧ) помех, возникающих в результате переключения микросхем, и низкочастотных (НЧ) пульсаций в цепи питания. Фильтр высоких частот будем рассчитывать на частоту 20 кГц, низкочастотный фильтр рассчитывается на промышленную частоту 50 Гц.

Фильтр питающего напряжения цифрового источника содержит 36 фильтрующих конденсаторов С10 – С46 (по одному на каждую микросхему DD1 – DD20, DD23, DD24, DD32 – DD45 для подавления высокочастотных помех), включаемых между выводами питания микросхем и общим проводом GND в непосредственной близости от самих микросхем, и один общий полярный конденсатор С47, предназначенный для сглаживания низкочастотных пульсаций.

Расчет емкости конденсаторов фильтра питания производится по уравнению резонанса [9]:

(15)

 

где U – напряжение питания,

R_Н – сопротивление нагрузки, Ом;

Таким образом, емкость конденсатора определяется следующим выражением:

(16)

Произведем расчет емкости конденсаторов С10 – С45 для частоты f = 20 кГц.

Поскольку потребляемый разными микросхемами ток различается почти на порядок (таблица 22), разобьем все микросхемы на две группы: в первую группу войдут микросхемы, потребляющие ток до 10 мА включительно (DD2-DD9, DD13, DD14, DD32-DD43, DD45), во вторую группу – более 10 мА (DD1, DD10-DD12, DD15-DD20, DD23, DD24, DD44).

Ток, потребляемый микросхемами, находим с использованием справочных данных [1] и [2], при этом выбираем максимально возможные значения и заносим их в таблицу 2 и таблицу 3.

Таблица 2

Позиционное обозначение	Серия, тип микросхемы	Iпот, мА	Кол-во	Итого
DD2 - DD4, DD7	КР1533ЛП5	5,9		23,6
DD5	КР1533ЛА2	0,9		0,9
DD6	КР1533ЛА1	1,5		1,5
DD8	КР1533ИД7
DD9, DD43	КР1533ЛЕ1
DD13, DD14	КР1533ЛЛ1	4,9		9,8
DD32 - DD38	К293ЛП6Р
DD39	К293ЛП1
DD40	КР1533ТВ6	4,5		4,5
DD41	КР1533ЛИ1
DD42	КР1533ЛН2	3,8		3,8
DD45	КР1533ЛН1	4,2		4,2
Итого				149,3

Таблица 3

Позиционное обозначение	Серия, тип микросхемы	Iпот, мА	Кол-во	Итого
DD1, DD44	КР1533ЛП16	10,6		21,2
DD10, DD11, DD23, DD24	КР1533ИР23
DD12, DD19, DD20	КР1533АП14
DD15 - DD18	КР1533ИЕ7
Итого				305,2

 

Определим емкость конденсаторов для микросхем первой группы, для этого вычислим средний потребляемый этими микросхемами ток, используя справочные данные (таблица 22):

 

Затем найдем сопротивление нагрузки первой группы по формуле:

Определив сопротивление нагрузки, можем рассчитать значение емкости для конденсаторов C10 – C33 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C10 – C32 из ряда E24 [6]:

К10 – 17Б – 5В – 2.2 нФ ±5%.

Аналогичным образом определим емкость конденсаторов C34 – C46 для микросхем второй группы:

 

 

 

В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C34 – C46 из ряда E24 [6]:

К10 – 17Б – 5В – 8.2 нФ ±5%.

 

Определим значение емкости конденсатора C46, приняв частоту f = 50 Гц. Суммарный потребляемый микросхемами ток определяется выражением:

Подставив это значение в формулу (15), определим общее сопротивление схемы:

Емкость конденсатора С47:

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C47 из ряда E24 [6]: К53 – 4 – 6,3В – 62 мкФ ± 5 %.

Рассчитаем емкость конденсаторов C48 – С54, фильтрующих ВЧ помехи, для источника Vcc1=+5В. Из технических характеристик возьмем значение тока, потребляемого микросхемами D25-D31: I_ПОТ=10 мА;

Далее найдем сопротивление нагрузки микросхем по формуле (15):

Рассчитаем значение емкости для конденсаторов C48 – C54 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C48 – C54 из ряда Е24 [6]:

К10 – 17A – 5В – 3.3 нФ ±5%.

Рассчитаем емкость общего конденсатора C55, взяв суммарное значение тока, потребляемого микросхемами от источника Vcc1=+5В:

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C55 из ряда E24 [6]:

К53 – 4 – 6.3B – 9.1 мкФ ±5%.

Рассчитаем емкость конденсатора C56 фильтрующего НЧ помехи, для источника 1,8 В. Далее найдем сопротивление нагрузки: R35=3000 Ом

Рассчитаем значение емкости для конденсаторов C56 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C56:

К53 – 4 – 6.3B – 22 мкФ ±5%.

Рассчитаем емкость конденсатора C57 фильтрующего НЧ помехи, для источника 12 В. I=4 мА. Далее найдем сопротивление нагрузки: R=12/0,004=3000 Ом

Рассчитаем значение емкости для конденсаторов C57 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C57:

К53 – 4 – 6.3B – 22 мкФ ±5%.

Определим емкость конденсаторов C15-C23 для микросхем DD2-DD10, DD18, для этого вычислим средний потребляемый этими микросхемами ток, используя справочные данные (таблица 22):

Затем найдем сопротивление нагрузки первой группы по формуле:

Определив сопротивление нагрузки, можем рассчитать значение емкости для конденсаторов C15 – C23 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C15 – C23 из ряда E24 [6]:

К10 – 17Б – 5В – 3.3 нФ ±5%.

Определим значение емкости конденсатора C14, приняв частоту f = 50 Гц. Суммарный потребляемый микросхемами ток определяется выражением:

Подставив это значение в формулу (15), определим общее сопротивление схемы:

Емкость конденсатора С14:

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C14 из ряда E24 [6]: К53 – 4 – 6,3В – 12 мкФ ± 5 %.

Определим емкость конденсаторов C25-C31 С33-С43 для микросхем DD11-DD17 DD1, для этого вычислим средний потребляемый этими микросхемами ток, используя справочные данные (таблица 22):

Затем найдем сопротивление нагрузки первой группы по формуле:

Определив сопротивление нагрузки, можем рассчитать значение емкости для конденсаторов C25 – C31, С33-С43 по формуле (16):

В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C25 – C31 С33-С43 из ряда E24 [6]:

К10 – 17Б – 3.3В – 4.8 нФ ±5%.

Определим значение емкости конденсатора C24 C32, приняв частоту f = 50 Гц. Суммарный потребляемый микросхемами ток определяется выражением:

Подставив это значение в формулу (15), определим общее сопротивление схемы:

Емкость конденсатора С24:

В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C24 C32 из ряда E24 [6]: К53 – 4 – 6,3В – 14 мкФ ± 5 %.

Расчет временных задержек:

Временные параметры работы дешифратора адреса при установке и снятии адреса на дешифратор адреса:

Время прохождения сигнала через усилитель:

Время выставления сигнала с выхода схем DD9.1-DD9.3 после установления и снятия сигналов I/OW:

Время выставления сигнала с выхода схем DD13, DD14.1-DD14.2 после установления и снятия сигналов IOW и IOR:

Время появления данных при записи в регистр:

Время появления данных при чтении с регистра:

Время появления данных при записи в ЦАП:

Время появления данных при чтении с буфера:

Время появления данных при чтении с АЦП:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Тема курсового проекта - «ISA модуль ввода/вывода информации».

Модуль построен на базе современных элементов. Основной серией микросхем является КР1533. Разработана принципиальная электрическая схема на базе дискретных компонентов, принципиальная электрическая схема на базе ПЛИС семейства MAX3000A ЕРМ3128АТС144-10.

Разработанный модуль имеет следующие характеристики:

- 2 аналоговых входа;

- 1 аналоговый выхода;

- разрядность АЦП 12 бит;

- разрядность ЦАП 14 бит;

- разрядность шины процессора 8 бит;

- 14 дискретных входов;

- 14 дискретных выходов;

- коммутируемое выходное напряжение 84 В;

- коммутируемый ток выходов 4500 мА;

- род тока выходов DC - постоянный;

- тип входной шины АЦП - ПрПц;

- тип выходной шины ЦАП - Пр;

- разрядность реверсивного, асинхронного счетчика импульсов - 16;

- ДА реализован на микросхемах "Исключающее ИЛИ".

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Логические ИС: КР1533б КР1554: справочник в 2 ч. / И.И. Петровский и др.-М.: ТОО "Бином": Фирма "Микаш", 1993 г. - 456 с.

2. Компанейц А. Н. Схемотехника систем управления. Методические указания для выполнения курсового проекта и СРС. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007.- 52 с.

3. Иванов, В.И. и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: справочник / В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. - 448 с.

4. Компанейц, А. Н. Схемотехника средств автоматизации: конспект лекций / А. Н. Компанейц – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 104 с.

5. Резисторы: справочник / В. В. Дубровский [и др.]; под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с.

6. Барнс, Д. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами.:- Перевод с английского. Д. Барнс – Москва: Мир, 1990г, 238стр.

7. http://www.platan.ru

8. http://catalog.gaw.

9. http://www.altera.ru

10. http://www.excode.ru