Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Такое преобразование необходимо, например, при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большое расстояние или хранения (таким сигналом, в частности, может быть звук). Другой пример использования такого преобразования — получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, режим работы которых определяется непосредственно аналоговым сигналом (что, в частности, имеет место при управлении двигателями).
К основным параметрам ЦАПотносят разрешающую способность, время установления, погрешность нелинейности и др.
Разрешающая способность - величина, обратная максимальному числу шагов квантования выходного аналогового сигнала. Время установления - интервал времени от подачи кода на вход до момента, когда выходной сигнал войдет в заданные пределы, определяемые погрешностью. Погрешность нелинейности - максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом, по отношению к идеальной прямой во всем диапазоне преобразования.
Как и рассматриваемые ниже аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП являются «связующим звеном» между аналоговой и цифровой электроникой. Существуют различные принципы построения АЦП.
Схема ЦАП с суммированием весовых токов.
Ключ S5 замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи SI... S4 (при этом ивых=0). U0 - опорное напряжение. Каждый резистор во входной цепи соответствует определенному разряду двоичного числа.
По существу этот ЦАП – инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Так, если замкнут один ключ S1, то ивых = -U0 RОС /R, что соответствует единице в первом
и нулям в остальных разрядах.
Из анализа схемы следует, что модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S1...S4. Токи ключей суммируются в точке «а», причем токи различных ключей различны (имеют разный «вес»). Это и определяет название схемы.
Из вышеизложенного следует, что
где Sj, i = 1, 2, 3, 4 принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.
Состояние ключей определяется входным преобразуемым кодом.
Наиболее распространёнными являются ЦАП серий микросхем 572, 594, 1108, 1118 и др.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.
Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис.
Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна +0,5h (h — шаг квантования).
К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Число разрядов — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП. Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (210 = 1024)-1, т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10 В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10 мВ. Время преобразования - интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.
Характерными методами преобразования являются следующие: параллельного преобразования аналоговой величины и последовательного преобразования.
Рассмотрим АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала. По параллельному методу входное напряжение одновременно сравнивают с п опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной.
Рассмотрим принцип действия такого АЦП. При Uвх = 0, поскольку для всех ОУ разность напряжений (U+ - U-)< 0, напряжения на выходе всех ОУ равны - Епит, а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z0, Z„ Z2 устанавливаются нули. Если UВX>0,5 U, но меньше 3/2 U, лишь для нижнего ОУ U+ - U_ > 0 и лишь на его выходе появляется напряжение +ЕПШ, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z0 = 1, Z2 = Z, = 0. Если UBX > 3/2 U, но меньше 5/2 i/, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Епит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010, и т. д.
Рассмотрим конкретный вариант АЦП с последовательным преобразованием входного сигнала (последовательного счета), который называют АЦП со следящей связью. В АЦП рассматриваемого типа используются ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП. Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе UBX и на выходе ЦАП — U. Если входное напряжение Um больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства UBX и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.
Наиболее распространёнными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др.
Дата добавления: 2017-01-26; просмотров: 1757;