Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Цифро-аналоговое преобразование.

Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) нужно для построения аппроксимирующего непрерывного аналогового сигнала по последовательности цифр, отнесенных к дискретным моментам времени – то есть это переход от функции с дискретным аргументом и цифровой формой представления N(n⋅t) к функции непрерывного аргумента и аналоговой формы представления F(t).

Процесс преобразования состоит из этапов:

1) запоминание нескольких цифровых значений N(n⋅t)

2) преобразование цифр в эквивалентные значения аналоговой величины

3) образование непрерывной функции F(t), по ее значениям, заданным в узловых точках n⋅t

В соответствии с этим необходимы: цифровое запоминающее устройство, ЦАП, устройство интерполирования.

Структура и работа ЦАП.

ЦАП выполняет автоматическое декодирование цифрового кода в эквивалентное значение аналоговой физической величины.

An=Nn⋅ΔA+δA

ΔA – аналоговый эквивалент единицы младшего значащего разряда цифрового кода N.

δA – погрешность преобразования.

В соответствии с формулой ЦАП можно построить как устройство, суммирующее аналоговые величины, взвешенные «по двоичному закону». Таким образом, для построения ЦАП понадобятся: источник опорного напряжения; резистивный делитель; токовые ключи; суммирующий операционный усилитель (ОУ).

[pic 1]

Рис

R1=R; R2=21R;…; Rn=2n-1R

Источник опорного напряжения (Uоп) и резистивная матрица вырабатывают токи J1;…; Jn, значения которых пропорциональны весам двоичных разрядаов. Эти токи могут быть подключены к входу суммирующего операционного усилителя с помощью токовых ключей Т1;…; Тn, которые управляются двоичными нулями и единицами входного двоичного числа N.

Таким образом:

[pic 2]

Погрешности ЦАП зависят от стабильности источника опорного напряжения, элементов резистивной матрицы, токов утечки ключей и дрейфа нуля операционного усилителя. Так как активные элементы во время работы выделяют тепло, в прецизионном ЦАП ОУ не входит в состав самого преобразователя и включается отдельно. Это дает возможность получить выходной сигнал в виде суммы токов (без операционного усилителя) или напряжения (с ОУ).

Резистивная матрица выполняется из R-2R элементов с помощью лазерной подгонки номиналов. Остальные номиналы получаются с помощью коммутации выводов резистивной матрицы.

Если в качестве токовых ключей применяются полевые транзисторы, которые могут работать с опорным напряжением любой полярности, в том числе и знакопеременным, то ЦАП называется умножающим, т.к. он выполняет операцию умножения аналоговой величины Uоп на цифровую N.

[pic 3],

где: k(N) – функция передачи ЦАП кода N.

[pic 4]

Рис

Стандартная схема применения ЦАП.

[pic 5]

Рис

В качестве Rос используется один из резисторов резистивной матрицы ЦАП. ППА – программируемый периферийный адаптер.

Примеры обозначения интегральных схем ЦАП:

К572ПА1А (А – классификационный параметр, 572 – номер серии, 1 – номер ЦАП в серии) – 10-ти разрядный умножающий ЦАП со временем преобразования 10 м∙сек.

К572ПА2А – 12-ти разрядный умножающий ЦАП со временем преобразования 10 м∙сек.

К594ПА1 – 12-ти разрядный умножающий ЦАП со временем преобразования 3.5 м∙сек.

К1108ПА – 12-ти разрядный умножающий ЦАП со временем преобразования 0.4 м∙сек и с ключами на биполярных транзисторах, допускающих вывод информации на светодиоды.

К1118ПА1 – 16-ти разрядный умножающий ЦАП с временем преобразования 0.02 м∙сек.