Содержание
- 2. Если число входной кодовой комбинации соответствует N, то выходное напряжение Uвых ЦАП = NΔ×uкв. Таким образом
- 3. Точность преобразования и качество работы ЦАП характеризуют следующие параметры: относительная разрешающая способность, абсолютная разрешающая способность, абсолютная
- 4. 1. Относительная разрешающая способность здесь n- количество разрядов двоичного числа, подаваемого на вход АЦП (n -
- 5. Рис. 2 Пояснения к определению погрешностей преобразования ЦАП 5. Дифференциальная нелинейность преобразования ЦАП δдф.лн численно равна
- 6. Время установления выходного напряжения или тока tуст - интервал времени от подачи входного двоичного входного кода
- 7. При реализации ЦАП в интегральном исполнении большие трудности вызывает подгонка высокоточных резисторов с сопротивлениями, отличающимися по
- 8. Сопротивление резистора в цепи ключа, управляемого старшим разрядом двоичного кода, должно быть в два раза больше
- 9. Рис. 4 ЦАП с резистивной матрицей R-2R Напряжение на выходе ЦАП (рис. 4) определяется как: Чтобы
- 10. Преобразование кодов со знаком Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком: При вводе кода со знаком
- 12. Скачать презентацию
Если число входной кодовой комбинации соответствует N, то выходное напряжение Uвых
Если число входной кодовой комбинации соответствует N, то выходное напряжение Uвых
Таким образом можно вычислить значение выходного напряжения для любой входной кодовой комбинации.
Δuкв является масштабным коэффициентом преобразователя, имеющим размерность тока или напряжения (так как цифровая комбинация на входе ЦАП размерности не имеет).
Обычно, значение Δuкв выбирают кратным десяти, что облегчает процесс пересчета соответствия преобразованного и исходного сигналов. Так как Δuкв определяет минимальное значение выходного напряжения аналогового сигнала
Uвых мин. = Δuкв,
при выборе его значения необходимо учитывать также шумовые факторы, погрешности усиления масштабирующих усилителей и компаратора.
Точность преобразования и качество работы ЦАП характеризуют следующие параметры:
относительная разрешающая
Точность преобразования и качество работы ЦАП характеризуют следующие параметры:
относительная разрешающая
абсолютная разрешающая способность,
абсолютная погрешность преобразования,
нелинейность преобразования,
дифференциальная нелинейность,
скорость преобразования (время одного преобразования) и максимальная частота преобразования.
Основные параметры ЦАП
1. Относительная разрешающая способность
здесь n- количество разрядов двоичного числа, подаваемого
1. Относительная разрешающая способность
здесь n- количество разрядов двоичного числа, подаваемого
(n - соответствует числу разрядных входов ЦАП). Относительная разрешающая способность - это обратная величина от максимального числа уровней квантования.
2. Абсолютная разрешающая способность
где Uпш - напряжение полной шкалы, соответствующее опорному напряжению ЦАП. Это напряжение можно считать равным максимальному выходному напряжению;
2n - 1 = N - количество ступеней квантования.
Численно абсолютная разрешающая способность равна шагу квантования Δuкв.
3. Абсолютная погрешность преобразования δпш показывает максимальное отклонение выходного напряжения Uвых в точке пересечения с идеальной характеристикой (прямой) на уровне напряжения полной шкалы (рис.2).
Абсолютная погрешность преобразования оценивается в процентах или же в единицах младшего значащего разряда (МР).
При оценке значения абсолютной погрешности преобразования знак напряжения не учитывается.
Рис. 2 Пояснения к определению погрешностей преобразования ЦАП
5. Дифференциальная нелинейность преобразования
Рис. 2 Пояснения к определению погрешностей преобразования ЦАП
5. Дифференциальная нелинейность преобразования
δдф.лн = Δuкв1 - Δuкв2.
Дифференциальная нелинейность оценивается в младших значащих разрядах и обычно не превышает нескольких единиц МР.
Младший значащий разряд численно определяет минимальное значение выходного напряжения, т.е. квант напряжения. Для оценки дифференциальной нелинейности δдф.лн в процентах можно воспользоваться выражением
4. Нелинейность преобразования ЦАП δлн определяет максимальное отклонение реальной характеристики от идеальной (рис. 2) и оценивается также в процентах или в единицах младшего значащего разряда.
Время установления выходного напряжения или тока tуст - интервал времени от
Время установления выходного напряжения или тока tуст - интервал времени от
Максимальная частота преобразования fпр – наибольшая частота дискретизации, при которой параметры ЦАП соответствуют заданным значениям. Максимальная частота и время установления определяют быстродействие ЦАП.
Виды ЦАП условно можно разделить на две группы:
С резисторными матрицами
Безматричные ЦАП
В интегральном исполнении применяются только ЦАП с прецизионными резисторными матрицами, формирующими выходные сигналы путем суммирования токов.
ЦАП содержит элементы цифровой и аналоговой схемотехники.
В качестве аналоговых элементов используются операционные усилители, аналоговые ключи (коммутаторы), резисторные матрицы и т.д.
Аналоговые элементы, входящие в состав ЦАП, практически полностью определяют его качественные и эксплуатационные параметры, основную роль при этом играют точность подбора номиналов резисторов резисторной матрицы и параметров операционного усилителя (ОУ).
При реализации ЦАП в интегральном исполнении большие трудности вызывает подгонка высокоточных
При реализации ЦАП в интегральном исполнении большие трудности вызывает подгонка высокоточных
Поэтому, в интегральном исполнении применяются исключительно резистивная матрица R-2R.
В качестве примера рассмотрим четырехразрядный ЦАП, использующий схему суммирования токов на ОУ (рис. 3).
Рис. 3 Схема простейшего ЦАП
Абсолютная разрешающая способность определяется при известном значении опорного напряжения Uоп. Наиболее удобными значениями Uоп являются напряжения, кратные степени двойки, т.е. 10,24 В, 5,12 В, 2,56 В и т.д.
Если принять значение опорного напряжения равным 10,24 В, то абсолютная разрешающая способность (ΔUкв) определяется как: ΔUкв=0,0625 ⋅ 10,24 = 0,625В.
Сопротивление резистора в цепи ключа, управляемого старшим разрядом двоичного кода, должно
Сопротивление резистора в цепи ключа, управляемого старшим разрядом двоичного кода, должно
Сопротивление каждого последующего младшего разряда в два раза больше, чем сопротивление соседнего старшего разряда.
Отсюда следует, что с увеличением количества разрядов цифровых входов ЦАП резко увеличивается соотношение сопротивлений резисторов нулевого и самого старшего разрядов (R0=2nRn):
R0/Rn=2n = T.
Если n = 8, то это отношение составляет 256.
Увеличение Т может привести к чрезмерному увеличению сопротивления резистора младшего разряда или же к сильному уменьшению номинала резистора самого старшего разряда.
Поэтому ЦАП с резистивной матрицей R-2nR применяется при небольшом количестве разрядов (при n<8).
При больших Т затруднительным становится также изготовление резистивных матриц в интегральном исполнении.
Известно, что номиналы резисторов в интегральном исполнении не должны превышать 50...100 кОм.
Поэтому, в ЦАП, выполненных по интегральной технологии, в основном применяются резистивные матрицы R-2R. Функциональная схема ЦАП с матрицей R-2R показана на рис.4.
Рис. 4 ЦАП с резистивной матрицей R-2R
Напряжение на выходе ЦАП (рис.
Рис. 4 ЦАП с резистивной матрицей R-2R
Напряжение на выходе ЦАП (рис.
Чтобы выполнить условие формирования выходного напряжения в соответствии с двоичным кодом входного числа, необходимо получить равенство Rос=R, тогда
Дробные члены суммы играют роль весовых коэффициентов, а шаг квантования определяется отношением ΔUкв=Uоп/2n.
На рис. 4 символы “0” и “1” перед электронными ключами показывают на состояние ключа при подаче на цифровые входы ЦАП логического “0” или “1”, соответственно.
Преобразование кодов со знаком
Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком:
При
Преобразование кодов со знаком
Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком:
При
Диапазон входных кодов: -128 ÷ 127 переходит в диапазон 0 ÷255.
После преобразования из полученного тока вычитается ток соответствующий 128-ми (рис.5) и тогда знак напряжения на выходе ОУ совпадает со знаком входного кода.
Рис.5 ЦАП-преобразователь кода со знаком
Таблица 1 Преобразование кода