СОДЕРЖАНИЕ

1 Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. 2

1.1 Основные понятия. 2

1.2 Основные характеристики точности и производительности. 3

2 Квантование во времени и по уровню. Преобразование спектра

при цифровом представлении сигнала. 11

2.1 Квантование 11

2.2 Теорема отсчетов 14

3 Классификация АЦП по методу кодирования.

Структуры и принцип действия основных типов АЦП напряжения.

Основные параметры и характеристики современных интегральных АЦП. 19

3.1 АЦП считывания. 20

3.2 Конвейерные АЦП. 23

3.3 АЦП последовательного приближения. 28

3.4 Сигма-дельта АЦП. 32

3.5 Интегрирующие АЦП. 38

1 Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи

1.1 Основные понятия [5].

Несмотря на широкое использование цифровой электроники, реальный окружающий мир был и остается аналоговым. И, как результат, необходимы аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи для сопряжения аналоговой и цифровой частей технических систем.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), как следует из его названия, преобразовывает аналоговую входную величину в выходной цифровой сигнал – как правило, выраженный в форме двоичного кода. Выходная величина АЦП определяется отношением входной (преобразуемой) аналоговой величины к опорной величине (эталону) и, таким образом, АЦП можно рассматривать как делитель аналоговых сигналов с цифровым выходом.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) можно представить, как управляемый потенциометр, управляемый входным цифровым кодом, который выдает на выход нормированную часть полной шкалы, задаваемой опорным напряжением. Выходной сигнал равен нормированному произведению опорного сигнала и цифрового сигнала. ЦАП, в зависимости от конструкции и схемы включения, может осуществлять двух- или четырехквадрантное умножение.

Аналоговый вход (для АЦП) и выход (для ЦАП).

Хотя понятия АЦП и ЦАП имеют обобщающий характер и относятся к широкому кругу физических величин, в инженерном обиходе их обычно используют по отношению к преобразователям напряжения. АЦП по рабочему диапазону входной величины делятся на однополярные и биполярные, которые имеют рабочий диапазон, симметричный относительно нуля.

ЦАП при работе с постоянным опорным напряжением имеют обычно однополярный выход, для создания биполярного выходного сигнала используют специальную схему с дополнительным операционным усилителем.

Выходным сигналом ЦАП обычно является ток - такие ЦАП находят более широкое применение. При необходимости получения напряжения ток преобразуется в напряжение с помощью операционного усилителя (типовые схемы включения обычно приводятся в Data Sheet изделий). В последнее время расширяется номенклатура ЦАП с выходом по напряжению, в которых операционный усилитель встроен в кристалл ЦАП.

Цифровые входы/выходы

Цифровой интерфейс АЦП и ЦАП может различаться у различных моделей. Современные модели используют передачу цифровой информации как параллельным, так и последовательным кодом. У более ранних моделей предпочтение отдавалось параллельному коду, у более новых моделей наоборот предпочтительным считается последовательный, который хорошо согласуется с развитым интерфейсом современных микропроцессоров, но требует для своей реализации меньше выводов у микросхемы, меньше линий связи и, соответственно, меньше места на печатной плате.

Цифровое представление преобразуемой величины у однополярных преобразователей осуществляется обычным двоичным кодом, биполярные преобразователи используют представление смещенным двоичным или дополнительным двоичным кодом (конкретное описание соответствия динамического диапазона и кодового представления обычно подробно описывается в Data Sheet изделий).