Схема ЦАП с суммированием напряжением на резисторной матрице.

Таких недостатков лишена схема ЦАП с резисторной матрицей. По другому та­кую схему называют ещё R-2R схемой (схемой лестничного типа).

В такой схеме используются сопротивления только двух номиналов. Обычно 10 и 20 кОм.

Данная схема (её принцип работы) работает аналогично простейшему ЦАП. При этом U_вых= U¹2N R_oc/R, где N –десятичное значение двоичного числа; Е= U¹.

При подаче на входы резистивной матрицы напряжения логической единицы U¹, в узлах АВСDустанавливаются соответствующие напряжения:

U_A=1/3*U¹; U_B=1/3* U¹*1/2; U_C=1/3* U¹*1/4; U_D=1/3* U¹*1/8

Т.е. коэффициенты передачи между соседними узлами матрицы равны 0,5.

Т.к. для ТТЛ - технологии, по которой, в основном изготовляются ОУ уровень логической единицы U¹=3.75В, то переход к каждому следующему двоичному числу приводит к увеличению аналогового сигнала на 0.25В (см. таблицу)

Рис. 6 Схема ЦАП с суммированием напряжением на резисторной матрице.

Параметры ЦАП.

К основным параметрам ЦАП относятся:

- погрешность преобразования (характеризует степень отклонения выходного сигнала от идеального);

- время установления (время, требуемое для установления выходного сигнала ЦАП в пределах, соответствующих половине единицы младшего разряда для заданного изменения цифрового кода на входе, например, при изменении от нуля до полного значения шкалы. Время установления характеризует быстродействие ЦАП);

- число двоичных разрядов входного сигнала;

- диапазон и уровни входных (выходных) сигналов.

Вывод: ЦАП - это функциональное цифровое устройство смешанного типа преобразующее цифровой сигнал в аналоговый.

2. Аналого-цифровые преобразователи

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - функциональное устройство преобразующее аналоговые сигналы в цифровые (преобразователь аналог - код)

Назначение АЦП.

Назначение АЦП следует из определения, т.е. для преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Классификация АЦП.

АЦП классифицируются по следующим основным признакам:

По числу разрядов кода на выходе:

* 4-х разрядные;

* 8-и разрядные;

* и т.д.

По принципу действия:

* АЦП временного преобразования (интегрирующий АЦП)

* АЦП уравновешивающего преобразования (последовательного счёта);

* АЦП последовательных приближений (кодоимпульсный АЦП).

3. По типу преобразования:

* преобразователь напряжения в код;

* преобразователь частоты в код;

* преобразователь времени в код;

* преобразователь угла в код.

Устройство АЦП.

В состав АЦП входят:

* цифровое устройство (счетчик, регистр);

* устройство сравнения (компаратор) аналогового сигнала с кодом сигнала на выходе цифрового устройства;

* ЦАП, для преобразования кода сигнала с цифрового устройства в аналого­вый сигнал.

Устройство поясняется на схеме:

Рис. 7 Устройство АЦП

Условное обозначение АЦП.

АЦП могут создаваться как на основе набора микросхем, так и в виде отдельной микросхемы. Например: 240 серия включает 6 ИМС, 252 серия – 7 ИМС, и т.д.

Обозначение на схемах:

Рис. 8 УГО АЦП

Маркировка микросхем: К 572 ПВ 1 - 12 разрядная где: П - преобразователь, В - аналог-код.

Принцип действия АЦП.

На входе АЦП действует одно изменяющееся напряжение U=f(t⁰, P, V, и т.д.).

Каждому значению напряжения на входе будет соответствовать n-разрядное двоичное число. (Аналогично рассмотренной выше таблицы. Только вход и выход меняются местами). При этом АЦП схематично можно представить следующим образом:

Рис. 9 Схематичное изображение АЦП

Сама процедура аналого-цифрового преобразования входных непрерывных сигналов, поступающих на вход АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции U=f(t⁰, P, V, и т.д.), описывающей исходный сигнал, в последовательность чисел U(t_k), k=0, 1, 2,…, отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени.

Чаще всего эта процедура делится на две самостоятельные операции.

Рис. 10 Дискретизация сигнала

Первая из них называется дискретизацией и состоит в преобразовании непрерывной функции U=f(t⁰, P, V, и т.д.) в непрерывную последовательность U_g(t_k). Осуществляется она путем периодического через время Т подключения аналогового датчика ко входу АЦП при помощи коммутатора аналогового сигнала. (В качестве коммутатора можно использовать аналоговый ключ, изменяющий свою проводимость под действием управляющих импульсов опроса U₀. При этом на выходе ключа образуется последовательность импульсов U_g(t_k), величина которых пропорциональна значениям непрерывного сигнала U=f(t⁰, P, V, и т.д.) (Рис 10). Если зависимость U(t) — функция с ограниченным спектром, то согласно теореме Котельникова эта функция может быть полностью восстановлена по ее отсчетам при условии, что период дискретизации Т удовлетворяет соотношению

где ширина спектра сигнала U(t).

Данное соотношение является основой для выбора периода t.)

Вторая операция называется квантованием и заключается в преобразовании непрерывной последовательности u_g(t_k) в дискретную U(t_k). (При этом преобразуемый сигнал представляется в виде двоичного кода

где x_i = 0,1;

n—число разрядов кода на выходе АЦП;

A—масштабный коэффициент (квант амплитуды).

При квантовании весь диапазон изменения амплитуды аналогового сигнала, называемый шкалой, делится на равные части (шаги, кванты).

Поскольку дискретность отсчета функции U(t_k) в данном случае составляет один квант А, напряжения U(t_k) и U′(t_k) оказываются неодинаковыми, их связывает соотношение

где — погрешность квантования.)

В результате выполнения процедуры аналого-цифрового преобразования на выходе АЦП с периодом дискретизации Т формируются последовательные или (и) параллельные n - разрядные кодовые комбинации.

Рассмотрим схемы и работу АЦП уравновешенных преобразований и последо­вательных приближений.