Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

ЦАП реализует преобразование цифрового кода в ток или напряжение.

I,U = ƒ(управляющего кода).

Чаще всего ƒ – линейная функция. Преобразование ведется в 2 этапа: код → I → U.

 

10.1 ЦАП c матрицей R-2ⁿR

1) Преобразование код → ток производится с помощью резистивной матрицы.

Переключатели П_i выполнены в виде транзисторных ключей:

Рис.10-1 Резистивная матрица R-2ⁿR

2) Преобразование ток → напряжение производится операционным усилителем. Величина выходного напряжения определяется резистором R, который установлен внутри корпуса ЦАП; ОУ подключается дополнительно.

Недостаток матрицы R-2ⁿR: резисторы матрицы сильно отличаются по величине и должны быть очень точно подобраны, поэтому чаще используется матрица R-2R.

 

ЦАП с матрицей R-2R

Рис.10-2 ЦАП с матрицей R-2R

В этой матрице используются резисторы только двух номиналов, которые можно изготовить с высокой точностью.

 

10.3 Преобразование кодов со знаком

Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком

При вводе кода со знаком в ЦАП путем инверсии {глава 1.1} знакового разряда к этому коду прибавляется код 128-ми (таблица 10). Диапазон входных кодов: -128 - 127 переходит в диапазон 0 - 255. После преобразования из полученного тока вычитается ток соответствующий 128-ми (рис.10-3) и тогда знак напряжения на выходе ОУ совпадает со знаком входного кода.

десятичный код	двоичный код	преобразованный код
127:: 1 0 -1:: -127 -128	01111111:: 00000001 00000000 11111111:: 10000001 10000000	11111111:: 10000001 10000000 01111111:: 00000001 00000000

Таблица 10 Преобразование кода

Рис.10-3 ЦАП-преобразователь кода со знаком

 

Умножающие ЦАП

Поскольку выходное напряжение ЦАПа пропорционально и величине U_{опорное}, и входному коду, значит оно пропорционально их произведению. Поэтому ЦАП производит умножение кода и опорного напряжения.

Умножающие ЦАП можно использовать как усилитель с коэффициентом усиления управляемым с помощью кода.

 

Параметры ЦАП

Основные параметры ЦАП:

1) число разрядов n;

2) номинальный выходной ток (I_вых);

3) время установления после подачи кода (tуст);

4) погрешность полной шкалы (δ_пш);

5) погрешность линейности (δ_л);

Рис.10-3 Идеальная и реальная характеристики 3-х разрядного ЦАП

6) дифференциальная нелинейность (δ_лд) - это наибольшая по модулю разность единичного приращения (кванта) выходного напряжения q_i и среднего значения этого приращения.

тип ИС	n	Iвых, мА	tуст, мкс	Uопорное, В	δпш
К572ПА1А К572ПА2А К1108ПА1А	10 12 12	1 0,8 5	5 15 0,4	-17 - 17 -15 - 15 2,2 - 10,5	±30 квант ±20 квант ±30 квант

Таблица 11 Параметры некоторых ЦАП

Погрешность δ_лд для ПА1А не превышает 1 кванта, ПА1Б – 2 кванта, ПА1В – 4 кванта, ПА1Г – 8 квантов.

 

Аналогоцифровые преобразователи (АЦП)

АЦП – устройства, преобразующие аналоговый сигнал (напряжение) в соответствующий ему код (двоичный, десятичный и т.д.).

Методы преобразования:

1) последовательный счет (динамическая компенсация);

2) слежение;

3) поразрядное уравновешивание (весовой метод);

4) параллельное преобразование;

5) интегрирование.

 

АЦП последовательного счета

Структура такого АЦП показана на рис.10-4.

Рис.11-1 АЦП последовательного счета

На выходе счетчика появляется нарастающий код, который ЦАПом преобразуется в нарастающее напряжение U_цап. В тот момент, когда U_цап = U_вх, компаратор выдает сигнал равный "1", по которому полученный код записывается в регистр, и (с некоторой задержкой) сбрасывается счетчик. Процесс повторяется непрерывно.

Рис.11-2 Процесс преобразования в АЦП

Недостаток: время преобразования пропорционально величине сигнала U_вх, поэтому отслеживать можно только сравнительно медленные сигналы.

 

Следяший АЦП

В нем применяется реверсивный счетчик, переключаемый сигналом с выхода компаратора. Поэтому АЦП отслеживает изменения напряжения на входе не начиная цикл с начала.

Рис.11-3 Работа следящего АЦП