- •3. Системы счисления и коды, используемые в циу. Особенности построения систем счисления, свойства и использование. Отраженные (рефлексные) коды, код Грея, отраженный десятичный код.
- •4. Классификация циу. Циу прямого и уравновешивающего преобразования. Основные способы преобразования непрерывных аналоговых величин в цифровые.
- •5. Основные виды современных ацп, структуры и используемые алгоритмы.
- •8. Особенности нормирования погрешностей циу по второй модели. Гост 8.009-84*.
- •9. Автоматический выбор пределов измерения (метод цифрового счетчика, метод сторожевых компараторов)
- •10. Сравнивающие устройства циу. Требования к аналоговым компараторам.
- •11. Статическая и динамическая характеристики компараторов. Перевозбуждение, особенности построения и характеристика компараторов серий 521 и 597.
- •12. Компараторы на основе оу, основные свойства и структуры. Отличия
- •13. Аналоговые делители напряжения и тока. Основные типы резистивных делителей и их основные характеристики
- •14. Матрицы резисторов типа r-2r, структура, способы включения. Основные свойства, достоинства и недостатки.
- •15. Цифровые (кодоуправляемые) делители напряжения (на пр. Цап).
- •16. Устройства выборки-хранения (запоминания). Назначение, основные режимы работы и нормируемые параметры. Классификация увх.
- •17. Увх на диодных мостовых ключах. Увх на ключах на полевых транзисторах. Основные параметры и характеристики.
- •19. Буферные каскады, основные требования к используемым усилителям. Оу для работы с ацп. Критерии выбора оу.
- •20. Пиковые детекторы, основные структуры и свойства. Выбор постоянной времени пикового детектора.
- •21. Источники опорного напряжения на стабилитронах, операционных усилителях и токовых зеркалах. Нормируемые параметры. Примеры микросхем источников опорного напряжения и их основные параметры.
- •22. Цифро-аналоговые преобразователи. Классификация. Назначение, основные нормируемые параметры.
- •23. Цап с суммированием и делением напряжений. Структуры и свойства.
- •24. Цап с суммированием токов. Основные схемы и их особенности.
- •25. Расчет погр-тей - цап с токовым выходом (на примере к572па1). Методы увеличения точности цап. Типовые схемы включения к572па1.
- •26. Циу временного преобразования. Способы временного преобразования и их сравнение. Источники погрешностей.
- •27. Измерение интервалов времени, длительности импульсов и периода.
- •29 Измерение угла сдвига фаз и частоты циу временного преобразования.
- •31. Преобразование параметров в частоту импульсов. Измерение частоты, средней частоты, напряжения, числа оборотов.
- •32. Циу пространственного преобразования. Циу линейных перемещений с кодовыми линейками и дисками. Индуктосины., конструкции, осн параметры, применения. Понятие об энкодерах.
- •Магнитные энкодеры
- •32. Параллельно-последовательные циу. Основные особенности построения ацп с постоянными порогами.
- •35. Каскадирование параллельных ацп для увеличения числа разрядов или быстродействия. Особенности построения.
- •36. Циу уравновешивающего преобразования. Классификация. Две основные структуры
- •37. Циу развертывающего уравновешивания. Особенности работы, построение алгоритмов, их особенности. Циу единичного приближения и их основные параметры.
- •38. Ацп последовательного (двоично-взвешенного) преобразования на базе регистра последовательных приближений (к155ир17). Особенности построения алгоритмов работы и основные соотношения
- •39. Циу следящего уравновешивания. Основные структуры, соотношения и параметры (максимальная скорость слежения, время преобразования, срыв слежения, источники погрешностей, гистерезис)
- •40. Автоколебательный режим в следящих ацп. Причины его возникновения, влияние гистерезиса. Способы устранения автоколебательного режима.
- •41. Интегрирующие циу. Сетевая помеха и ее проявление в интегрирующих циу. Достоинства и недостатки интегрирующих циу.
- •42. Циу с двухтактным интегрированием. Струк-ра и особ-ти работы.
- •43. Погрешности интегрирующих преобразователей на примере циу двухтактного интегрирования. Способы их уменьшения.
- •44. Преобразователи напряжение-частота (пнч), типовая структура с преобразователем напряжение-ток.
- •45. Пчн к1108пп1. Структура, работа, временные диаграммы, особенности компенсации погрешности.
- •46. К1108пп1 в режиме пнч. Структура, работа, специфические погрешности и их компенсация. Микросхема к1108пп1
- •47. Дельта-сигма ацп. Принципы построения, особенности работы, основные свойства и применение
- •48. Основные сведения о построении систем фапч. Основные параметры типовой системы фапч
- •49. Устройства адаптивной дискретизации. Основные особенности построения, работа, характеристики и области применения адаптивных циу.
- •50. Схемы с переходом от развертывающего к следящему уравновешиванию. Принципы построения и особенности работы.
- •51. Перспективы развития (основные направления) интегральных параллельных ацп.
23. Цап с суммированием и делением напряжений. Структуры и свойства.
c сумм-ем напр-й имеют как правило трансформаторные схемы, но есть резистивные ЦАП в микроэлектр-м виде.
Общее сопр-е в пр-се преобр-я не меняется и равно 256R. Благодаря ИОН на каждом рез-ре создается стабильное падение напр-я. При помощи ключей, управляемых в соотв-вии с кодом aj, опр-я сумма напр-й, падающих на рез-х цепи, поступает на выход, формируя вых-й сигнал Cj. Если в кач-ве нагрузки исп-ся усилитель с большим RВХ, то ЦАП обесп-т высокую линейность. Погрешность вносимая неид-тью ключей, компенсируют подгонкой верхнего и нижнего рез-в цепи(лазерной). Такие ЦАП недороги, имеют хорошие хар-ки, гарантир-ю монотонность хар-ки преобр-я.
ЦАП с параллельным делителем. Пред-ют собой послед-е соед-е 2-х управляемых проводимостей и. Здесь, а;
При =1 резистор Rm подключен к шине ИОН, а Rm/ отключен от земельной шины. Если вн-ним сопр-м ист-ка можно пренебречь, то вых-е сопр-е //-го делителя постоянно при любом значении j и равно
24. Цап с суммированием токов. Основные схемы и их особенности.
По способу формирования выходных сиг-в ЦАП делятся на с ∑U и с ∑ токов. Последние имеют более высокое быстродействие и точность
Рассм.м общую схему таких ЦАП. В этой схеме n оп-х ист-в тока I1,I2…In. Входной код b1,b2...bn упр-т ключами S1,S2...Sn, к-ые или подкл-ют ист-ки тока к нагрузке, или замыкают их накоротко. При этом если bi=0, то соответств-й ист-к тока в работе схемы не участвует. Если же bi=1, то соответствующий ист-к тока подключен к нагрузке. Общий ток равен ∑токов оп-х ист-ов, для которых bi=1. U на выходе будет:
С использованием источника Uоп и матрицй R-2R. При любом положении кл-й Rвх матрицы всегда = R, а след-но, ток, втекающий в матрицу, равен I0=E0/R. Далее он послед-но делится в узлах по 2-чному закону. Т. к. нагрузкой рез-й матрицы явл-ся ОУ, охваченный ООС через Rос, то его Rвх=0 с выс-й точн-тью
На матрице взвеш-х рез-в. ЦАП сост-т из матрицы 2-чно-взвеш-х рез-в, сопр-ия кот-х опр-ся по формуле Ri=R2i-n; Т.к. прямой вход ОУ соединен с общим проводом, то за счет ООС U в сумм-й точке А также равно 0, (резист-я матрица раб-т в закороченном режиме). Когда на
цифр-е вх. ЦАП подан 2-чный n-разр-й цифр-й код, то каждый цифр-й
сигнал bi, упр-т перекл-м. Результ-й ток
25. Расчет погр-тей - цап с токовым выходом (на примере к572па1). Методы увеличения точности цап. Типовые схемы включения к572па1.
572ПА1- 4-хвкадратн ЦАП с токов выходом множительн типа функ-но неполн, ктр явл копией мномит ЦАП фирмы AD с более худш хар-ки. Примем, что Uоп ЦАП фиксировано и =10,24В. Шаг квантования h=10,24/1024=10мВ. Ток, потребляемый от ИОН при базовом номинале R=10кОм, равен 1мА.
Возможн наводки на выводы ЦАП и фирмен формуляр рекомендует:
использ батарейное питание
при задании вх кода использ ТТЛ микросх с общ коллектором -> управл сигнал будет увеличив по мах возможн ТТЛ уровню. По цепям питания ЦАП необх-мо повесить многоступенчат фильтр, как миним из 2-х конд-ров: электролит 10 мкФ, керамическ ВЧ 0,1 мкФ
Простой анализ стр-ры показ-т, что ист-ками погр-тей ЦАП м/т выступать:
1) вариация сопрот-я ключа Rзамкн в разрядах; 2) наличие остаточного напряжения Uостат; 3) неточности начальной установки, темпер-ный и времен дрейфы номиналов резисторов матрицы типа R-2R; 4) изменение значения Uоп ИОНа; 5) влияние изменения нагрузки Rн ЦАПа; 6) конечное время переключ-я ключей и рез-ров в разрядах ЦАПа; 7) шумы квантования. Анализ погр-тей проведем на примере КМОП ЦАПа с токовым выходом на резистивной матрице типа R-2R К572ПА1 при миним токе от Uоп =1мА, через замыкающ крайн правый резистор матрицы протекает ток 1 мкА -> мах возможн UвыхЦАПа при вх коде 11…11 = Uоп - h
ЦАП содержит на одной подложке размерами 2х2 мм2 10 двухполярных КМОП ключей, обращенную матрицу R-2R, к-рая включена двоичным делителем тока, суммирующий ОУ А1 и резистор обратной связи Rос.
С учетом инверсии суммирующ точки ОУ Uвых=-КАUоп h и (Uвых=-КА(Uоп)–h) – при суммирующ передаче. Номинал базового сопр-я матрицы составляет 10 кОм. Абсолютное значение темпер-го коэф-та. сопр-я ТКС большое: 350·10-6 1/°С. Ветвление токов в резистивной матрице идет по двоичному з-ну, поскольку кажущееся характеристическое сопр-е Rs направо и налево от каждого узла при числе узлов ≥8 одинаково и равно 2R. Поэтому правее точки М деление идет строго пополам в каждом узле. Если принять, что опорное напряжение = 10,01 В, то через последний замыкающий резистор 2R будет протекать ток, равный 1мкА. Этот резистор так же находится на подложке и подключается к земле. Сумма токов вых шин ЦАП Iвых1 и Iвых2 всегда постоянна и равна значению тока отбираемого от источника Uоп, токи являются взаимодополняющими, т.е. увелич-е Iвых1 ведет к такому же уменьш-ю Iвых2, и наоборот. Вых. напряжение ЦАПа формируется с помощью преобр-ля ток-напряжение на ОУ А1. при этом Uвых ЦАП = -Rос·Iвых2. Значение Uоп может меняться в пределах ±17 В, т.е. Uоп м/б больше Uпит ЦАП, но вых. напряжение ЦАП огранич-ся Uпит ОУ.
Рассмотрим влияние вариаций сопр-я. Для выравнивания падения U на ключах и получ более точного соотношения R-2R использ технолог прием подгонки R каналов ключей по 2-му з-ну. Пусть один из рез-ров матрицы в старшем разряде имеет сопр-е 2R+Rзамкн, а номиналы остальных рез-ров, даже в замкнутом состояние ключей равны R и 2R. В старшем разряде добавка Rзамкн имеет наибольш знач, т.к. там наибольш разрядные токи. Соотв-но наибольш влияние Rзамкн будет на главном переходе А=100..0→А=011..1. Для того, чтобы скорректировать влияние Rзамкн сопр-е каналов искусственно корректируется по сопр-ю в старших 6-ти разрядах по 2-му коду, для более младш разрядов такая подгонка не делается, т.к. на задан лин-ть х-ки преобраз это уже не влияет. В этом случае падение напряжения на каналах КМОП ключей с учетом значений разрядных токов получаются одинаковыми и равны по 10 мВ. При включенном СЗР и выключенных остальных разрядных ключах изменение токов в СЗР составит -0,0005 мА. Это очень малое значение тока, но на рез-ре Rос ОУ А1 этот ток создает падение напряжения 5 мВ, это чуть больше 0,5 h при Uоп=10В, если сменить входной код, то разница получается уже двойная и изменение Uвых ЦАП при смене кода составит уже 10 мВ, т.е. шаг квант-я, а это соотв-ет погр-ти в 0,1% (систематич. погр-ть).
Рассмотрим влияние Uостат: Uостат оказывает наибольшее влияние на младших разрядах, разрядные токи на старших разрядах.
Подгонка номиналов рез-ров матрицы, осущ-ся лазерным скрайбированием алмазн ножом или пескоструйка. Точность при серийном производстве составляет 10-4%, вносимая погр-ть этим ист-м зав-т от разр-ти ЦАП и составляет для 10 разр-в при базовом номинале 10кОм 0,001%
Uоп определяет значение шага квант-я и шкалу самого ЦАП. ИОН д/н иметь миним знач температ-го коэф-та Uоп и миним Rвых, миним времен дрейф и обеспечив сравнительно большие опорные токи без измен-я значения Uоп. ИОН обяз-но д/б малошумящими. В их качестве нельзя использовать стабилизаторы U, в ктр всегда присутствует собственная генерация за счет петли автоматического регулирования.
Влияние Rн. ЦАП имеют суммирующий ОУ. Качество этого делителя и его скоростные хар-ки во многом опр-ют свойство ЦАП в целом: напряжение Ucм0 практически полностью опр-ся ОУ. Погр-ть коэф-та передачи преобр-ля ток-напряжение на основе ОУ опр-ет погр-ть шкалы ЦАП. Скорость нарастания Uвых ОУ опр-ет шумы квант-я, частотные искажения, а на ч-тах смены входного кода, близких к предельным, еще и фазовые искажения ЦАПа. ОУ-потенциально неустойчивая схема и при опред-ных уровнях ч-т вх.сигнала он может подвозбуждаться (резко увел-ся время установл-я сигнала, появл-ся паразитные автокол-я с малой ампл-дой, снижается макс-ный уровень вых. напряжения). С учетом этих замечаний к суммирующим ОУ предъявл-ся след. треб-я: 1) смещение нуля ОУ должно стремиться к нулю и в любом случае не превышать 1/4h; 2) Uпит ОУ д/б больше макс-но возможного вых. Напряжения ЦАПа на 1,5-2В; 3) скорость нарастания вых. напряжения ОУ д. б. примерно на порядок выше, чем возможная скорость измен-я вых. напряжения ЦАПа. Ориентировочно можно пользоваться временем установления ЦАПа: 1/tустЦАП=f1 ОУ*10; 4) TKUcмОУ->0, TKΔIвхОУ->0; 5) на входах ОУ присутствуют паразитные емкости ключей. Это приводит к потенциальной неуст-ти ОУ на высоких ч-тах. Для ЦАПа К572ПА1 Спаразитная замкнутых разрядных ключей составляет 120пФ, а разомкнутых – 37пФ.
Аналоговые ключи имеют конечные вр срабатывания не= 0, ктр зависит от знач сигнала коммутируем Uпит в дан момент вр, тем-ры, внешн радиоактивн излуч и также разные времена tвкл и tвыкл. Поэтому при работе ЦАПа наблюдаются мом-ты несинхронного срабатывания ключей: младшие разряды уже переключились на включение, а старшие разряды на выключение еще не сработали. При быстр смене вх кода ЦАПа кл не м/т срабатывать одновременно ->: 1. появл выбросов; 2. высокая дифференц нелин-ть; 3.перех проц перехода ступенек м/т неуспевать заканчиваться; 4.возможн появл паразитн автоколебаний в отдельн разряд за счет паразитн вариактивности и схемы.
7.Все эти эффекты наз шумы квантования и в целом опред необход-е соотношение с/ш, принято что для ЦАП и АЦП оно д/о составл 6,02+1,7дб Шумы квант-я возникают при близких к предельным ч-там смены вх. кода и явл-ся принципиально неустранимым фактором. Именно шумы квант-я огр-ют макс-но возможную ч-ту смены вых. кода. Как и выбросы, шумы кван-я явл-ся случ-ми ист-ми погр-ти, и вызв-е ими погр-ти не норм-ся.
Если принять что погр-ть ЦАПа=6 и кажд из источн погр-ей раб независимо, след-но основн погр-ть как случ величина д/б представл норм з-ном распределения, а сложение погр-й д/о вестись по геометр з-ну.
Рассматривая указанные погр-ти как случ. вел-ны, можно, просуммировав их по з-ну суммы квадратов, получит погр-ти на уровне 0,1% или же на уровне шага квант-я. Основная схема включения ЦАП К572ПА1: