ЦАП и АЦП

Сентябрь 2, 2022

Содержание

2. Принципы построения цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователей Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи появились в начале 60-х
3. История создания АЦП и ЦАП Как и ЭВМ, преобразователи принято относить к тому или иному поколению.
4. Широкое распространение полупроводниковых приборов в середине и конце 60-х годов позволило провести большие работы по созданию
5. Принципы работы АЦП и ЦАП Аналого-цифровые преобразователи служат для преобразования исходной аналоговой величины в соответствующий ей
6. Цифроаналоговые преобразователи воспроизводят на выходе аналоговую величину, соответствующую входному цифровому коду. В абсолютном большинстве случаев АЦП
7. Аналоговые сигналы представляются в виде напряжения или тока, цифровые сигналы — в определенном коде (двоичном, двоично-десятичном).
8. Классификация методов преобразования в АЦП и ЦАП Основой классификации преобразователей является алгоритм преобразования, который определяет содержание
9. Первый метод состоит в том, что аналоговая величина ставится в соответствие сумме одинаковых и минимальных по
10. Третий метод состоит в том, что преобразуемая величина сравнивается одновременно с набором (2n - 1) эталонов.
11. Преобразователи, в которых входной сигнал уравновешивается либо суммой эталонов, либо набором из n эталонов с весами,
12. Промежуточное преобразование в АЦП обычно выполняется с использованием временного интервала или частоты. Временной интервал ставится в
13. Цифроаналоговые преобразователи выполняют функции преобразования цифрового сигнала в соответствующий ему аналоговый сигнал несколькими способами. В зависимости
14. Микроэлектронные ЦАП работают по одному из двух принципов: с прямым или промежуточным преобразованием. ЦАП с прямым
15. Параметры АЦП и ЦАП При разработке АЦП и ЦАП пользуются понятиями параметров преобразователей, которые определяют основные
16. Разрешающая способность определяется числом разрядов. Для АЦП — это число разрядов n выхода преобразователя, а следовательно,
17. Нелинейность δL характеризует степень отклонения выходного значения сигнала от идеального и записывается в единицах младшего разряда.
18. ЦАП и АЦП Рис. Нелинейные характеристики преобразователей
19. Иногда вводится дополнительно понятие дифференциальной нелинейности, под которой подразумевают отличие (больше или меньше) реальной ступеньки от
20. Быстродействие АЦП характеризуется той максимальной скоростью, с которой можно получить очередной результат преобразования. Иными словами, время
21. Быстродействие ЦАП характеризуется временем установления выходного аналогового сигнала tsu до того момента, когда его значение станет
22. АЦП и ЦАП параллельного и последовательного действия Рассмотрим наиболее распространенные типы АЦП и ЦАП и перспективы
23. В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования, используются АЦП последовательного действия. В
24. В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования, используются АЦП последовательного действия. В
25. Рис. Схема АЦП параллельного действия ЦАП и АЦП
26. Для повышения быстродействия преобразователя его внутреннюю архитектуру строят по конвейерному способу, что позволяет осуществлять цифровую обработку
27. В последнее время появились АЦП параллельного действия в интегральном исполнении, что позволило уменьшить их массу и
28. Структурная схема АЦП последовательного преобразования приведена на рис. ниже. В цепи обратной связи используется ЦАП, выходной
29. Схема АЦП последовательного действия ЦАП и АЦП
30. В последнее время получили распространение интегрирующие преобразователи нескольких разновидностей. Принцип их действия основан, как правило, на
31. Чаще всего применяются интегрирующие преобразователи с двойным (двухтактным) интегрированием. Входной сигнал интегрируется либо за определенный интервал
32. Схема интегрирующего АЦП ЦАП и АЦП
33. Структурная схема интегрирующего преобразователя показана на рис выше. Такты интегрирования в преобразователе регулирует схема синхронизации и
34. График работы интегрирующего АЦП с двойным преобразованием ЦАП и АЦП
35. На рис. приняты следующие обозначения: τc - время интегрирования входного сигнала (постоянно) ; Nс - число
36. ЦАП с коммутацией тока и напряжения По алгоритму преобразования ЦАП делятся на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные.
37. В первом из них цифровой сигнал постоянно замыкает ряд ключей, управляющих токами или напряжениями; во втором
38. ЦАП и АЦП
39. АЦП и ЦАП с разомкнутой и замкнутой схемой Следует отметить, что АЦП и ЦАП строятся не
40. В состав ЦАП, построенного по замкнутой схеме (рис. а), входят: АЦП, включенный в цепь обратной связи;
41. Преобразователи, построенные по замкнутой схеме: а) - схема ЦАП с обратной связью; б) - схема АЦП
42. Аналоговая величина, воспроизведенная на выходе сумматора, преобразуется в АЦП в цифровой код и далее, как было
43. Аналогично работает АЦП с обратной связью. ЦАП с обратной связью удобно использовать и при преобразовании цифрового
44. ЦАП с временной коммутацией Схема ЦАП с временной коммутацией ЦАП и АЦП
45. На рис. выше показана схема ЦАП с временной коммутацией с использованием схемы сравнения. Практически это одноразрядный
46. Точность преобразования в этой схеме зависит от стабильности опорного сигнала и частоты следования тактовых импульсов, а
47. Перспективы развития АЦП и ЦАП Перспективы развития АЦП и ЦАП связаны с решением в основном двух
48. Увеличение скорости преобразования связано, как правило, с повышением тактовых частот. В настоящее время выпускаются семейства преобразователей
49. Идея использования ПЗС в схемах АЦП состоит в том, что существует линейная связь между входным напряжением
50. Разработка новых видов технологий высокоскоростных КМОП-схем с высокой плотностью компоновки обеспечила возможность создания микросхем, свободных от
51. Проблема повышения точности преобразования является не менее сложной, чем проблема улучшения характеристик по быстродействию преобразователей. Использование
52. Работы в области преобразования сигналов в настоящее время развиваются в направлении создания СБИС, предназначенных для обработки
54. Скачать презентацию

Слайд 2

Принципы построения цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователей
Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи

появились в начале 60-х годов. Причиной этому послужили первые попытки использования ЦВМ в системах автоматизированной обработки информации и управления. С момента создания первых преобразователей они в процессе развития существенно изменяли свою структуру, принципы действия и элементную базу.

ЦАП и АЦП

Слайд 3

История создания АЦП и ЦАП
Как и ЭВМ, преобразователи принято относить к

тому или иному поколению. Принадлежность к тому или иному поколению определяется главным образом типом элементной базы. Условно все множество преобразователей относят к четырем поколениям.
К преобразователям I поколения АЦП и ЦАП, сконструированные на базе ламповых и частично полупроводниковых элементов, причем к ним не предъявлялись жесткие требования по точности и быстродействию вследствие ограниченных возможностей используемой элементной базы.

ЦАП и АЦП

Слайд 4

Широкое распространение полупроводниковых приборов в середине и конце 60-х годов позволило

провести большие работы по созданию преобразователей с существенно более высокими характеристиками - преобразователи II поколения.
Преобразователи III поколения выполнялись на базе интегральных схем с использованием вначале цифровых устройств, а впоследствии и аналоговых узлов. Первые ИС преобразователей появились в 70-х годах.
Современные АЦП и ЦАП создаются в виде больших интегральных схем и относятся к преобразователям IV поколения.

ЦАП и АЦП

Слайд 5

Принципы работы АЦП и ЦАП
Аналого-цифровые преобразователи служат для преобразования исходной аналоговой

величины в соответствующий ей цифровой эквивалент - код. При этом они выполняют преобразование, квантуя входную величину по уровню и по времени. Квантование по уровню вытекает из самого принципа преобразования аналоговой информации в цифровую и определяет степень приближения (с точки зрения точности) цифрового эквивалента исходной аналоговой величине. Квантование же по времени связано, прежде всего, с необходимостью выполнения преобразования, которое требует использования определенного цикла вычисления на некотором временном интервале.

ЦАП и АЦП

Слайд 6

Цифроаналоговые преобразователи воспроизводят на выходе аналоговую величину, соответствующую входному цифровому коду.
В

абсолютном большинстве случаев АЦП и ЦАП используются для преобразования сигналов, изменяющихся в реальном масштабе времени, поэтому одно из основных требований, предъявляемых к преобразователям, - это обеспечение высокого быстродействия. Другое основное требование состоит в обеспечении заданной точности преобразования, которая определяется избранным алгоритмом работы преобразователя и техническим совершенством элементной базы.

ЦАП и АЦП

Слайд 7

Аналоговые сигналы представляются в виде напряжения или тока, цифровые сигналы —

в определенном коде (двоичном, двоично-десятичном). Возможны и другие формы представления дискретных сигналов. Например, в системах отображения цифровые сигналы представляются в форме, удобной для непосредственного управления устройством отображения.
Как правило, преобразователи являются линейными устройствами, в них соблюдается линейное соотношение между значениями аналогового сигнала и соответствующего ему цифрового кода. Разрабатываются также и нелинейные преобразователи, в которых может осуществляться функциональная связь между аналоговой и цифровой величинами.

ЦАП и АЦП

Слайд 8

Классификация методов преобразования в АЦП и ЦАП
Основой классификации преобразователей является алгоритм

преобразования, который определяет содержание и последовательность выполнения операций преобразования. Алгоритм преобразования не зависит от конструктивных особенностей и схемных решений преобразователей. С точки зрения используемого алгоритма АЦП могут быть реализованы в соответствии с одним из трех методов преобразования аналоговой величины в цифровую.

ЦАП и АЦП

Слайд 9

Первый метод состоит в том, что аналоговая величина ставится в соответствие

сумме одинаковых и минимальных по величине эталонов (квантов). В момент достижения равенства подсчитывается число квантов, которое и характеризует результат преобразования.
Второй метод подразумевает использование n эталонов, значения которых пропорциональны степени числа 2. Сравнение преобразуемой величины начинается с максимального по значению эталона. В случае превышения значения эталона над значением преобразуемой величины в старшем разряде кода фиксируется число О, в обратном случае значение аналоговой величины (превышает значение эталона) фиксируется число 1; далее разность значений преобразуемой величины и эталона сравнивается с последующим эталоном и т. д.

ЦАП и АЦП

Слайд 10

Третий метод состоит в том, что преобразуемая величина сравнивается одновременно с

набором (2n - 1) эталонов. «Вес» старшего эталона определяется количеством (2n - 1) квантов; вес следующего эталона — количеством (2n - 2) квантов и т. д.; вес младшего эталона соответствует одному кванту. Структура такого типа АЦП использует (2n - 1) сравнивающих устройств. Результат преобразования фиксируется по числу сравнивающих устройств, отметивших превышение значения входной величины над значением данного эталона. На выходе преобразователя образуется параллельный единичный код, который далее преобразуется в позиционный двоичный код.

ЦАП и АЦП

Слайд 11

Преобразователи, в которых входной сигнал уравновешивается либо суммой эталонов, либо набором

из n эталонов с весами, пропорциональными степени двойки, называются АЦП последовательного действия. К ним относятся преобразователи с накоплением, с промежуточным и без промежуточного преобразования.
По принципу беспромежуточного преобразования работают АЦП типа «напряжение — частота». При этом частота следования импульсов пропорциональна значению входного сигнала.

ЦАП и АЦП

Слайд 12

Промежуточное преобразование в АЦП обычно выполняется с использованием временного интервала или

частоты. Временной интервал ставится в соответствие входному сигналу, а затем заполняется последовательностью импульсов стабильной частоты, которые затем подсчитываются. При использовании частоты в качестве промежуточного преобразования входному сигналу ставится в соответствие частота следования импульсов, которые подсчитываются на определенном временном интервале. Импульсы вырабатывает генератор плавающей частоты.

ЦАП и АЦП

Слайд 13

Цифроаналоговые преобразователи выполняют функции преобразования цифрового сигнала в соответствующий ему аналоговый

сигнал несколькими способами. В зависимости от формы представления аналогового сигнала они называются преобразователями, работающими по принципу суммирования токов, напряжений или сопротивлений. Цифроаналоговое преобразование - это представление результатов вычислений ЦВМ к виду, удобному для последующего их использования в качестве сигналов управления, иными словами, это формирование аппроксимирующего сигнала по входной последовательности.

ЦАП и АЦП

Слайд 14

Микроэлектронные ЦАП работают по одному из двух принципов: с прямым или

промежуточным преобразованием. ЦАП с прямым преобразованием в зависимости от выбранного алгоритма преобразования делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Наиболее часто используются ЦАП параллельного действия, как обладающие большим быстродействием. ЦАП с промежуточным преобразованием преобразует вначале код входной величины в некоторую промежуточную величину, представленную, например, длительностью или частотой следования импульсов, которые затем преобразуются в управляющий сигнал.

ЦАП и АЦП

Слайд 15

Параметры АЦП и ЦАП
При разработке АЦП и ЦАП пользуются понятиями параметров

преобразователей, которые определяют основные характеристики преобразователей — точность и скорость преобразования. Обычно указывают три таких параметра, хотя есть и другие, отражающие особенности построения и функционирования АЦП и ЦАП:
разрешающая способность;
нелинейность;
время установления для ЦАП и время преобразования для АЦП.

ЦАП и АЦП

Слайд 16

Разрешающая способность определяется числом разрядов. Для АЦП — это число разрядов

n выхода преобразователя, а следовательно, и число ступеней выходного сигнала. Для ЦАП — это число разрядов входного цифрового сигнала. В общем случае число разрядов определяется двоичным логарифмом максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП или выходе АЦП.
Для двоичных преобразователей:
N n = log2[(Lmax – Lmin )/ΔL],
где Lmax и Lmin — соответственно максимальное и минимальное значения преобразуемой величины; ΔL — допустимая ошибка преобразования.

ЦАП и АЦП

Слайд 17

Нелинейность δL характеризует степень отклонения выходного значения сигнала от идеального и

записывается в единицах младшего разряда. Обычно под идеальным значением подразумевается «наилучшая» линия (рис. а), либо линия, соединяющая начальную при наличии нулей во всех разрядах) и конечную (при наличии единиц во всех разрядах) точки (рис. б) характеристики преобразователя. Для АЦП прямая линия проходит через точки характеристики преобразования, которые делят пополам расстояние между средними значениями уровней квантования.

ЦАП и АЦП

Слайд 18

ЦАП и АЦП
Рис. Нелинейные характеристики преобразователей

Слайд 19

Иногда вводится дополнительно понятие дифференциальной нелинейности, под которой подразумевают отличие (больше

или меньше) реальной ступеньки от идеальной, соответствующей соседним кодам. Дифференциальная нелинейность представляется в единицах младшего разряда. По форме представления понятию нелинейности близко понятие монотонности характеристики преобразования, хотя по существу это понятия разные. Монотонность характеристики преобразования — это соответствие знака приращения мгновенных значений входного и выходного сигналов преобразования. Для нелинейных преобразователей это соответствие знаков приращения не всегда справедливо.

ЦАП и АЦП

Слайд 20

Быстродействие АЦП характеризуется той максимальной скоростью, с которой можно получить очередной

результат преобразования. Иными словами, время преобразования определяется интервалом, необходимым для образования на выходе АЦП устойчивого кода от момента изменения сигнала на входе преобразователя. При использовании параллельных АЦП задается ширина полосы, в пределах которой выходной сигнал отслеживает входной сигнал с погрешностями, не превышающими заданные.

ЦАП и АЦП

Слайд 21

Быстродействие ЦАП характеризуется временем установления выходного аналогового сигнала tsu до того

момента, когда его значение станет меньше единицы младшего разряда, преобразователя, иными словами, до того момента, когда выходной аналоговый сигнал войдет в зону (и не выйдет из нее) шириной, равной единице младшего разряда (ЕМР), середина которой совпадает с установившимся значением преобразованной величины (рис. ).
Рис. Характеристика преобразования ЦАП

ЦАП и АЦП

Слайд 22

АЦП и ЦАП параллельного и последовательного действия
Рассмотрим наиболее распространенные типы АЦП

и ЦАП и перспективы их развития. Как отмечалось, в зависимости от алгоритма преобразования аналого-цифровые преобразователи могут использовать три метода преобразования: параллельный, последовательный и последовательно-параллельный. Выбор того или иного метода зависит от области применения преобразователя.

ЦАП и АЦП

Слайд 23

В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования,

используются АЦП последовательного действия. В системах управления, работающих в масштабе реального времени или при обработке видеосигналов, как правило, применяются АЦП параллельного действия.
Типичная структурная схема АЦП параллельного преобразования показана на рис. ниже. Компаратор можно рассматривать как одноразрядный параллельный преобразователь.

ЦАП и АЦП

Слайд 24

В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования,

ЦАП и АЦП

Слайд 25

Рис. Схема АЦП параллельного действия
ЦАП и АЦП

Слайд 26

Для повышения быстродействия преобразователя его внутреннюю архитектуру строят по конвейерному способу,

что позволяет осуществлять цифровую обработку одного отсчета одновременно с записью следующего. Этот способ требует больших аппаратурных затрат (большое количество компараторов и сопутствующих элементов).

ЦАП и АЦП

Слайд 27

В последнее время появились АЦП параллельного действия в интегральном исполнении, что

позволило уменьшить их массу и габаритные размеры. Однако эти преобразователи обладают относительно небольшой точностью из-за нестабильности напряжения смещения компараторов. Этого недостатка лишены преобразователи, выполненные в виде интегральной схемы на основе КМОП-технологии. В этой схеме предусмотрена автокомпенсация смещения нуля каждого компаратора.

ЦАП и АЦП

Слайд 28

Структурная схема АЦП последовательного преобразования приведена на рис. ниже. В цепи

обратной связи используется ЦАП, выходной сигнал которого сравнивается с преобразуемым аналоговым сигналом. В момент равенства этих сигналов двоичный код на входе ЦАП является цифровым эквивалентом преобразуемого сигнала. Компаратор выполняет роль сравнивающего устройства, а регистр последовательного приближения является логической схемой, реализующей заданный алгоритм.

ЦАП и АЦП

Слайд 29

Схема АЦП последовательного действия
ЦАП и АЦП

Слайд 30

В последнее время получили распространение интегрирующие преобразователи нескольких разновидностей. Принцип их

действия основан, как правило, на воспроизведении пилообразного изменения выходного сигнала интегратора под действием управляющего сигнала.

ЦАП и АЦП

Слайд 31

Чаще всего применяются интегрирующие преобразователи с двойным (двухтактным) интегрированием. Входной сигнал

интегрируется либо за определенный интервал времени, либо до заданной величины. За первый такт интегрируется входной сигнал, а за второй (он начинается по окончании первого такта) — противоположный ему по знаку опорный сигнал. Интервал времени преобразования заполняется последовательностью импульсов, подсчет которых прекращается в момент равенства нулю сигнала на выходе интегратора. Количество импульсов, подсчитанное счетчиком, эквивалентно аналоговой величине на входе преобразователя.

ЦАП и АЦП

Слайд 32

Схема интегрирующего АЦП
ЦАП и АЦП

Слайд 33

Структурная схема интегрирующего преобразователя показана на рис выше. Такты интегрирования в

преобразователе регулирует схема синхронизации и управления, связанная с выходом второго компаратора. В первом такте входной сигнал (верхнее положение переключателя) интегрируется в течение фиксированного интервала времени, определяемого схемой синхронизации и управления. Во втором такте (нижнее положение переключателя) на вход интегратора подается сигнал опорного напряжения. Время интегрирования во втором такте переменно и определяется моментом равенства нулю выходного напряжения интегратора.

ЦАП и АЦП

Слайд 34

График работы интегрирующего АЦП с двойным преобразованием
ЦАП и АЦП

Слайд 35

На рис. приняты следующие обозначения:
τc - время интегрирования входного сигнала

(постоянно) ;
Nс - число импульсов за время интегрирования входного сигнала;
τон - время интегрирования сигнала опорного напряжения;
Nон - число импульсов за время интегрирования опорного напряжения;
Uс - напряжение входного сигнала;
Uинт - напряжение на выходе интегратора.
Очевидно, что число импульсов, зафиксированных в счетчике, пропорционально преобразованному входному напряжению.

ЦАП и АЦП

Слайд 36

ЦАП с коммутацией тока и напряжения
По алгоритму преобразования ЦАП делятся на

параллельные, последовательные и последовательно-параллельные. Известны и другие способы их классификации. Некоторые авторы, например, разделяют все ЦАП на два больших класса: преобразователи, использующие статические методы преобразования, и преобразователи, использующие методы временного разделения

ЦАП и АЦП

Слайд 37

В первом из них цифровой сигнал постоянно замыкает ряд ключей,

управляющих токами или напряжениями;
во втором ключ работает в динамическом режиме и схема преобразователя обеспечивает выработку среднего значения тока или напряжения за некоторый интервал времени, соответствующий требуемому значению.
Иными словами, этот способ классификации ЦАП основан на использовании различных режимов работы переключающих устройств ЦАП с коммутацией тока.

ЦАП и АЦП

Слайд 38

ЦАП и АЦП

Слайд 39

АЦП и ЦАП с разомкнутой и замкнутой схемой
Следует отметить, что

АЦП и ЦАП строятся не только по разомкнутой (в большинстве случаев), но и по замкнутой схеме. Во втором случае в схеме преобразователя используется обратная связь, охватывающая преобразователь полностью. Смысл включения обратной связи заключается в том, что входная величина сравнивается с величиной, выработанной в цепи обратной связи.
На рис. ниже показаны схемы ЦАП и АЦП, построенные по принципу преобразователей с обратной связью.

ЦАП и АЦП

Слайд 40

В состав ЦАП, построенного по замкнутой схеме (рис. а), входят:

АЦП, включенный в цепь обратной связи; схема управления и сумматор. Преобразуемый цифровой код поступает на первый вход цифровой схемы сравнения, а на второй ее вход подается сигнал с выхода АЦП, выработанный в цепи обратной связи. В результате сравнения формируется входной сигнал схемы управления, связанной выходом с входом сумматора.

ЦАП и АЦП

Слайд 41

Преобразователи, построенные по замкнутой схеме:
а) - схема ЦАП с обратной

связью; б) - схема АЦП с обратной связью

ЦАП и АЦП

Слайд 42

Аналоговая величина, воспроизведенная на выходе сумматора, преобразуется в АЦП в цифровой

код и далее, как было отмечено, сравнивается с входным сигналом. По существу, такая схема является цифровой системой регулирования с глубокой обратной связью. Преобразованная аналоговая величина снимается с выхода сумматора в момент равенства сигналов на входе схемы сравнения. Преобразователь может выполнять функции АЦП при разомкнутой схеме, если использовать только АЦП и сумматор (на схеме отмечено жирными линиями).

ЦАП и АЦП

Слайд 43

Аналогично работает АЦП с обратной связью.
ЦАП с обратной связью удобно использовать

и при преобразовании цифрового кода в аналоговую механическую величину, представленную, например, в виде угла поворота исполнительного вала.

ЦАП и АЦП

Слайд 44

ЦАП с временной коммутацией
Схема ЦАП с временной коммутацией
ЦАП и АЦП

Слайд 45

На рис. выше показана схема ЦАП с временной коммутацией с использованием

схемы сравнения. Практически это одноразрядный ЦАП, наиболее простой с точки зрения схемной реализации. Триггер управляется по входам S и R счетчиком и регистром через схему сравнения. До момента установления равенства числа тактовых импульсов в счетчике содержанию регистра триггер находится в состоянии высокого логического уровня. Время, оставшееся до окончания полного цикла работы счетчика, триггер находится в состоянии низкого логического уровня.

ЦАП и АЦП

Слайд 46

Точность преобразования в этой схеме зависит от стабильности опорного сигнала и

частоты следования тактовых импульсов, а также от погрешностей, вызываемых работой выходного переключателя. Иногда на выходе схемы преобразователя устанавливается фильтр с относительно большой постоянной времени для сглаживания пульсаций по уровню, превышающих значение единицы младшего разряда.

ЦАП и АЦП

Слайд 47

Перспективы развития АЦП и ЦАП
Перспективы развития АЦП и ЦАП связаны с

решением в основном двух задач - с увеличением скорости преобразования (быстродействие преобразователей) и повышением точности преобразования (повышение разрядности). Предстоит одновременно решать и другие задачи, например задачи расширения функциональной структуры преобразователей, уменьшения массы и габаритных размеров, значительного повышения их надежности. Решение этих и других задач рассматривается в плане совершенствования архитектур, конструкций и технологий БИС и СБИС, на базе которых проектируются преобразователи.

ЦАП и АЦП

Слайд 48

Увеличение скорости преобразования связано, как правило, с повышением тактовых частот. В

настоящее время выпускаются семейства преобразователей параллельного действия с частотами преобразования до 30 - 40 МГц. Такие преобразователи обычно используют конвейерную архитектуру.
Новое направление в области создания перспективных моделей преобразователей, обладающих большей степенью интеграции и меньшей рассеиваемой мощностью, базируется на использовании приборов с зарядовой связью (ПЗС)

ЦАП и АЦП

Слайд 49

Идея использования ПЗС в схемах АЦП состоит в том, что существует

линейная связь между входным напряжением и числом зарядов, которое необходимо для заполнения потенциальной области под электродом.
Если область под электродом обладает потенциалом, соответствующим уровню отсечки, то напряжение, поступающее на вход схемы ПЗС, как бы «вытесняет» определенное количество зарядов. И при условии, что уровень потенциала области под электродом всегда соответствует уровню отсечки, количество зарядов, вытесненных входным напряжением, будет пропорционально входному напряжению.

ЦАП и АЦП

Слайд 50

Разработка новых видов технологий высокоскоростных КМОП-схем с высокой плотностью компоновки обеспечила

возможность создания микросхем, свободных от свойственных биполярным технологиям ограничениям, например ограничения по мощности рассеивания. При этом создаются схемы, обладающие, по крайней мере, такими же скоростными характеристиками, как и схемы, изготовляемые по традиционным биполярным технологиям. Кроме того, КМОП-схемы обладают возможностью производства ИС с плотностью упаковки около 100 тыс. транзисторов на кристалл. Эти схемы можно реализовать весьма портативными вследствие уменьшения потребляемой мощности. К тому же снижение требований по питанию и уменьшению временных задержек между элементами схем позволяет использовать их весьма эффективно в преобразователях.

ЦАП и АЦП

Слайд 51

Проблема повышения точности преобразования является не менее сложной, чем проблема улучшения

характеристик по быстродействию преобразователей. Использование новых схемотехнических решений, улучшение конструктивных характеристик ЦАП и АЦП, предварительная фильтрация сигнала на входе АЦП, дешифрация старшего разряда входного кода ЦАП - далеко не полный перечень мероприятий в плане решения указанной проблемы. Другим возможным способом улучшения точностных характеристик преобразователей является повышение степени интеграции и усложнение их структуры для обеспечения возможности использования дополнительных схем - программной компенсации погрешностей и контроля.

ЦАП и АЦП

Слайд 52

Работы в области преобразования сигналов в настоящее время развиваются в направлении

создания СБИС, предназначенных для обработки аналоговых сигналов средствами микропроцессорной техники. Эти системы обладают гибкой архитектурой и могут использоваться в общем случае для решения сложных задач по обработке аналоговых сигналов с широкими функциональными возможностями.

ЦАП и АЦП

ЦАП и АЦП

Содержание

Принципы построения цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователейАналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи

История создания АЦП и ЦАПКак и ЭВМ, преобразователи принято относить к

Широкое распространение полупроводниковых приборов в середине и конце 60-х годов позволило

Принципы работы АЦП и ЦАПАналого-цифровые преобразователи служат для преобразования исходной аналоговой

Цифроаналоговые преобразователи воспроизводят на выходе аналоговую величину, соответствующую входному цифровому коду.В

Аналоговые сигналы представляются в виде напряжения или тока, цифровые сигналы —

Классификация методов преобразования в АЦП и ЦАПОсновой классификации преобразователей является алгоритм

Первый метод состоит в том, что аналоговая величина ставится в соответствие

Третий метод состоит в том, что преобразуемая величина сравнивается одновременно с

Преобразователи, в которых входной сигнал уравновешивается либо суммой эталонов, либо набором

Промежуточное преобразование в АЦП обычно выполняется с использованием временного интервала или

Цифроаналоговые преобразователи выполняют функции преобразования цифрового сигнала в соответствующий ему аналоговый

Микроэлектронные ЦАП работают по одному из двух принципов: с прямым или

Параметры АЦП и ЦАППри разработке АЦП и ЦАП пользуются понятиями параметров

Разрешающая способность определяется числом разрядов. Для АЦП — это число разрядов

Нелинейность δL характеризует степень отклонения выходного значения сигнала от идеального и

ЦАП и АЦПРис. Нелинейные характеристики преобразователей

Иногда вводится дополнительно понятие дифференциальной нелинейности, под которой подразумевают отличие (больше

Быстродействие АЦП характеризуется той максимальной скоростью, с которой можно получить очередной

Быстродействие ЦАП характеризуется временем установления выходного аналогового сигнала tsu до того

АЦП и ЦАП параллельного и последовательного действияРассмотрим наиболее распространенные типы АЦП

В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования,

В тех случаях, когда к быстродействию преобразователя не предъявляются жесткие требования,

Рис. Схема АЦП параллельного действияЦАП и АЦП

Для повышения быстродействия преобразователя его внутреннюю архитектуру строят по конвейерному способу,

В последнее время появились АЦП параллельного действия в интегральном исполнении, что

Структурная схема АЦП последовательного преобразования приведена на рис. ниже. В цепи

Схема АЦП последовательного действияЦАП и АЦП

В последнее время получили распространение интегрирующие преобразователи нескольких разновидностей. Принцип их

Чаще всего применяются интегрирующие преобразователи с двойным (двухтактным) интегрированием. Входной сигнал

Схема интегрирующего АЦПЦАП и АЦП

Структурная схема интегрирующего преобразователя показана на рис выше. Такты интегрирования в

График работы интегрирующего АЦП с двойным преобразованиемЦАП и АЦП

На рис. приняты следующие обозначения: τc - время интегрирования входного сигнала

ЦАП с коммутацией тока и напряженияПо алгоритму преобразования ЦАП делятся на

В первом из них цифровой сигнал постоянно замыкает ряд ключей,

ЦАП и АЦП

АЦП и ЦАП с разомкнутой и замкнутой схемойСледует отметить, что

В состав ЦАП, построенного по замкнутой схеме (рис. а), входят:

Преобразователи, построенные по замкнутой схеме:а) - схема ЦАП с обратной

Аналоговая величина, воспроизведенная на выходе сумматора, преобразуется в АЦП в цифровой

Аналогично работает АЦП с обратной связью.ЦАП с обратной связью удобно использовать

ЦАП с временной коммутациейСхема ЦАП с временной коммутацией ЦАП и АЦП

На рис. выше показана схема ЦАП с временной коммутацией с использованием

Точность преобразования в этой схеме зависит от стабильности опорного сигнала и

Перспективы развития АЦП и ЦАППерспективы развития АЦП и ЦАП связаны с

Увеличение скорости преобразования связано, как правило, с повышением тактовых частот. В

Идея использования ПЗС в схемах АЦП состоит в том, что существует

Разработка новых видов технологий высокоскоростных КМОП-схем с высокой плотностью компоновки обеспечила

Проблема повышения точности преобразования является не менее сложной, чем проблема улучшения

Работы в области преобразования сигналов в настоящее время развиваются в направлении

Похожие презентации

Принципы построения цифро-аналоговых и аналогово-цифровых преобразователей
Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи

История создания АЦП и ЦАП
Как и ЭВМ, преобразователи принято относить к

Принципы работы АЦП и ЦАП
Аналого-цифровые преобразователи служат для преобразования исходной аналоговой

Цифроаналоговые преобразователи воспроизводят на выходе аналоговую величину, соответствующую входному цифровому коду.
В

Классификация методов преобразования в АЦП и ЦАП
Основой классификации преобразователей является алгоритм

Параметры АЦП и ЦАП
При разработке АЦП и ЦАП пользуются понятиями параметров

ЦАП и АЦП
Рис. Нелинейные характеристики преобразователей

АЦП и ЦАП параллельного и последовательного действия
Рассмотрим наиболее распространенные типы АЦП

Рис. Схема АЦП параллельного действия
ЦАП и АЦП

Схема АЦП последовательного действия
ЦАП и АЦП

Схема интегрирующего АЦП
ЦАП и АЦП

График работы интегрирующего АЦП с двойным преобразованием
ЦАП и АЦП

На рис. приняты следующие обозначения:
τc - время интегрирования входного сигнала

ЦАП с коммутацией тока и напряжения
По алгоритму преобразования ЦАП делятся на

АЦП и ЦАП с разомкнутой и замкнутой схемой
Следует отметить, что

Преобразователи, построенные по замкнутой схеме:
а) - схема ЦАП с обратной

Аналогично работает АЦП с обратной связью.
ЦАП с обратной связью удобно использовать

ЦАП с временной коммутацией
Схема ЦАП с временной коммутацией
ЦАП и АЦП

Перспективы развития АЦП и ЦАП
Перспективы развития АЦП и ЦАП связаны с