Формирование ТВС на входе ИС АЦП

При разработке функциональной и принципиальной схем устройства формирования сигнала на входе ИС АЦП необходимо учитывать следующие факторы:

– тактовый сигнал (ТС) для ИС АЦП должен иметь минимальное фазовое дрожание (единицы и даже доли нс);

– в форме ТС должны отсутствовать выбросы;

– длительности полупериодов («=0» и «=1») ТС и соотношение между ними должны попасть в диапазон рабочих значений для данной ИС АЦП;

– входной сигнал поступает на ИС АЦП от выходного каскада с низким выходным сопротивлением (уменьшение влияние теплового шума и обеспечение необходимой скорости перезаряда емкости накопления в УВХ);

– на входе ИС АЦП необходимо использовать каскады формирования входного ТВС с низким уровнем собственных шумов и искажений, что обеспечивает сохранение динамического диапазона работы АЦП;

– источником питания АЦП должен быть питания от других логических схем и, по возможности, не должен быть импульсным, что снижает уровень шумов, проникающих в АЦП;

–на входе ИС АЦП должен быть включен ФНЧ, требования к частотным характеристикам которого определяются заданной частотой ТС АЦП;

– входное сопротивление ИС АЦП с последовательно-параллельным преобразованием ТВС определяется типом и текущим режимом работы УВХ, а входное сопротивление АЦП параллельного типа (без УВХ) достигает значений в несколько сотен Ом;

– работа ИС АЦП на частотах ТС ниже рекомендуемого диапазона сопровождается спадом уровней сигнала (из-за утечек в УВХ) и, соответственно, значительными динамическими и статическими погрешностями при АЦП;

– при формировании входного для ИС АЦП ТВС целесообразно предусмотреть жесткое подавление составляющих исходного ТВС и помех, близких по частоте к значению основной и более высоких гармоник частоты ТС;

– за счет автоматической регулировки уровня входного АЦП ТВС обеспечить постоянство его локализации в стандартизированных (для сигнала яркости и цветоразностных сигналов) участках полной шкалы квантования.

В соответствии с изложенным в структуры схемы формирования аналогового ТВС на входе ИС АЦП могут включаться: каскады автоматической регулировки уровня ТВС по амплитуде синхроимпульсов строк, усиления и согласования, фильтр низких частот, ограничивающий протяженность спектра ТВС перед преобразованием в цифровую форму, схема фиксации диапазона уровней входного ТВС в пределах шкалы квантования, каскады селекции и формирования из входного ТВС строчных и кадровых импульсов синхронизации и импульсов управления схемой фиксации уровня ТВС, генератор ТС (ГТС) с автоматической подстройкой частоты и фазы последнего и др. элементы.

На рис.2.17 показана структурная схема возможного варианта построения схемы формирования ТВС на входе ИС АЦП.

Рис. 2.17. Структурная схема формирования телевизионного сигнала на входе ИС АЦП

Входной ТВС здесь параллельно поступает на каскады автоматической регулировки уровня (КАРУ), формирования сигнала управления уровнем (КФСУ) и на селектор сигналов синхронизации (ССС).

Отрегулированный по уровню ТВС подвергается частотной коррекции в соответствующем каскаде (КК), где реализуют подъем уровня высокочастотных составляющих ТВС. В каскаде усиления (КУ) осуществляют усиление амплитуды ТВС до значения, обеспечивающего, с учетом всех потерь в амплитуде ТВС в последующих каскадах схемы формирования, стандартизированную фиксацию диапазона уровней входного ТВС в пределах полной шкалы квантования. Каскады согласования (КС1, КС2, КС3), имеющие низкое выходное и высокое входное сопротивления, упрощают решение задач согласования по волновому сопротивлению фильтра низких частот (ФНЧ), реализующего необходимое усечение протяженности спектра ТВС на входе ИС АЦП, и выполнение заданных соотношений между постоянными времени заряда (перезаряда) и разряда емкости фиксации в использованной далее схеме восстановления постоянной составляющей (СВПС). За счет фиксации (привязки) уровня гашения восстановление постоянной составляющей определяет заданное стандартом положение диапазона уровней входного ТВС в пределах полной шкалы квантования конкретной ИС АЦП. Между КСЗ и аналоговым входом ИС АЦП включена цепь обратной коррекции (ЦОК). Совместное и взаимообратное действие КК и ЦОК позволяет устранить возможность биений сигнала тактовой частоты и его гармоник с высокочастотными помехами и наводками, возникающими в предшествующих каскадах формирования ТВС на входе ИС АЦП. На аналоговом входе ИС АЦП в результате также сохраняется в высокочастотной области спектра ТВС практически исходное отношение сигнал/шум. На структурной схеме рис.2.17 иллюстрационно показан вид частотных характеристик.

С выхода ССС импульсы синхронизации поступают на формирователь сигналов синхронизации и управления (ФССиУ), строчные синхронизирующие импульсы (ССИ) с выхода которого подключены к ГТС. В составе ГТС обычно используют высокостабильные (кварцевые) генераторы с автоматической подстройкой частоты и фазы ТС к соответствующим параметрам сигнала импульсов синхронизации строк входного ТВС. При этом между частотами ТС и строк устанавливают кратное отношение. В случае недостаточной стабильности параметров исходного сигнала синхронизации ТВС генераторы могут также использоваться и в режиме без кварцевой стабилизации, что обычно связано с необходимостью увеличения частотного диапазона и быстродействия автоматической подстройки частоты и фазы тактового сигнала. Недостатком такого варианта является возрастание при АЦП шумов фазового типа.

В структуру ГТС также входят делители частоты, один или больше варикапов, каскад формирования тактового сигнала, фазовый детектор, элементы усиления и селекции сигнала автоподстройки частоты и фазы задающего генератора к параметрам сигнала импульсов синхронизации строк входного ТВС. При этом частоту задающего генератора делят до частоты сигнала строчных синхронизирующих импульсов (ССИ) и полученную последовательность импульсов подключают к сигнальному входу фазового детектора, на вход опорного сигнала которого подают последовательность самих ССИ. Составляющие сигнала результата сравнения указанных последовательностей на выходе фазового детектора усиливают, селектируют в пределах амплитудного и частотного диапазона и используют для корректирующего изменения смещения на варикапе (изменения реактивного сопротивления варикапа), вызывающего соответствующую подстройку частоты задающего генератора. Сформированный сигнал с выхода ГТС подают на вход тактового сигнала ИС АЦП.

Стробирующие и фиксирующие импульсы (СИ и ФИ) с выходов ФССиУ используют в КФСУ для фиксации уровня гашения ТВС.

Ограничением в пределах амплитудного диапазона и стробированием затем отделяют от сигнала изображений сигнал синхронизации, из которого за счет интегрирования и формируют сигнал управления (СУ₁) для КАРУ.

Фиксирующие импульсы (ФИ₂) с выхода ФССиУ поступают также на СВПС, где управляют открыванием и запиранием ключей заряда (перезаряда) емкости фиксации (С_ф).

В состав функциональных элементов схемы формирования ТВС на входе ИС АЦП может быть включен блок формирования опорных напряжений (БФОН), термостабилизированные напряжения с выходов которого подаются на входы ²Уровень² и ²Коррекция² и влияют на точностные параметры ХП АЦП.

Полученные сигналы значащих разрядов (СЗР) от сигнала старшего значащего разряда (ССЗР) до сигнала младшего значащего разряда (МСЗР) параллельно формируются в соответствии с временными диаграммами работы конкретного ИС АЦП.