Цифро-аналоговые преобразователи. Принцип работы. Параметры

В основе построения всех ЦАП лежит резистивная матрица, которая представляет собой набор резисторов. В зависимости от соотношения сопротивлений резисторов матрицы делятся на матрицы с весовыми резисторами и матрицы типа R-2R – матрицы постоянного импеданса.

Матрица с весовыми резисторами содержит n резисторов, где n – число разрядов преобразования. Сопротивление резистора самого младшего разряда равно , а каждого последующего разряда , где .

Пример:

Если , то соответствующий весовой резистор подключен ко входу операционного усилителя. Если , то соответствующий весовой резистор замкнут на общий провод.

;

Недостатки:

1.Необходимость мощного источника опорного напряжения.

2.Высокие требования к точности изготовления резисторов

3. Погрешность преобразования.

Параметры: 1. время преобразования

2. разрядность

3. напряжение питания

Применение: воспроизведение цифровых сигналов в аналоговой форме, управление аналоговыми устройствами.

17. Аналого-цифровые преобразователи. Виды. Принцип работы на примере одного из видов. Параметры.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, предназначенное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения цифровых кодов.

Существует три основных вида АЦП:

– параллельный;

– поразрядного уравновешивания;

– последовательного счета.

1) Принцип работы параллельного АЦП.

Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном резистивном делителе. Значения опорных напряжений начинаются со значения, равного половине младшего значащего разряда (LSB), и увеличиваются при переходе к каждому следующему компаратору с шагом, равным VREF /2ⁿ, где n – разрядность АЦП. В результате для 3-х разрядного АЦП требуется 2³-1 или семь компараторов. А, например, для 8-разрядного параллельного АЦП потребуется уже 255 (или (2⁸-1)) компараторов.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд. На рис. входное напряжение попадает в интервал между V3 и V4, таким образом, 4 нижних компаратора имеют на выходе "1", а верхние три компаратора - "0". Дешифратор преобразует (2³-1) - разрядное цифровое слово с выходов компараторов в двоичный 3-х разрядный код.

В АЦП последовательного приближения преобразование осуществляется за n тактов, где n-число разрядов.

В первый момент старший разряд регистра установлен в 1, остальные в 0, когда Ux<1/2Uоп компаратор сбросит старший разряд в 0 и очередной тактовый импульс установит 1 на предыдущем разряде. На выходе будет сигнал 1/4Uоп,Теперь Ux>1/4Uоп. На предыдущем разряде (6) остается 1 и очередной тактовый импульс установит 1 на более младшем разряде. На последнем n – м такте преобразования Ux будет отличаться от сигнала с выхода ЦАП на 1 младшего разряда.

3) Принцип работы АЦП последовательного счета.

В исходном состоянии вход установки счетчика DD2 подан активный логический сигнал, счетчик сброшен, а его выходной кол равен нулю. Выходное напряжение ЦАП тоже равно нулю. Преобразование начинается при снятии активного сигнала (импульс «ПУСК»). При этом с прихода каждого тактового сигнала с ГТИ счетчик выполняет операцию инкремента, в случае если на вход компаратора DA подано входное напряжение Uвх. Его выходной код начинает увеличиваться, также увеличивается напряжение на выходе ЦАП. Это продолжается до тех пор пока выходное напряжение ЦАП не превысит Uвх. В этот момент компаратор DA установит на своем выходе логический ноль. В результате на выходе элемента 2И DD1 также будет сформирован сигнал «0», и увеличение выходного кода счетчика также прекратиться.

НАПИСАТЬ ПРО ПРИНЦИП РАБОТЫ ОДНОГО ИЗ 3-Х АЦП НА ВАШ ВЫБОР!

Основные параметры АЦП:

– число разрядов;

– абсолютная разрешающая способность;

– абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы;

– напряжение смещения нуля;

– нелинейность;

– дифференциальная нелинейность;

– максимальная частота преобразования;

– время установления выходного сигнала.