Основні параметри ацп і цап

Точність. Визначається інструментальною і методичною похибкою. Ме­тодична похибка визначається розрізнювальною здатністю, інструменталь­на точністю підбору пасивних і активних елементів.

Розрізнювальльна здатність:

(для АЦП) характеризує кількість розрядів цифрового виходу АЦП. а отже визначає кількість різних ступіней вхідного сигналу і визначається як відношення "повної шкали вхідного сигналу" до числа розрядів, тобто 2ⁿ для двійкової системи або 10ⁿ для десяткової;

(для ЦАП) вказує на число розрядів вхідного цифрового сигналу і тим самим визначає кількість рівнів квантування (число сходинок) вихідного аналогового сигналу.

Нелінійність для АЦП- похибка, обумовлена відхиленням передавальної характеристики від ідеальної прямої лінії, тобто вона визначається як відхи-

лення відношення вхід/вихід від ідеального; для ЦАП - характеризує степінь відхилення вихідно­го значення від ідеального. Під ідеальним значенням приймається пряма лінія, яка з'єднує початкову (на­явність нулів на всіх входах) і кінцеву (наявність одиниць на всіх входах) точки характеристик пере­творення.

Рисунок 9.1

Швидкодія - максимальна швидкість, з якою можна отримати новий! правильний результат перетворення. Для ЦАП визначається часом встанов­лення і граничною частотою.

Час встановлення це час до моменту, при якому вихідний аналоговий сигнал остаточно зайде в зону шириною одиниці молодшого визначеного] розряду. Час встановлення часто визначають окремо для малих так і для великих змін вхідного цифрового сигналу.

Гранична частота - максимальна частота вхідного сигналу, при якому ще забезпечується стійке перетворення.

Динамічний діапазон - це діапазон напруг вхідного сигналу (для АЦП), при якому виконується нормальне перетворення і вихідного сигналу (для ЦАП) який буде генеруватись при перетворенні.

Принцип роботи і основні схеми цифро-аналогового перетворювача

Найпростіший ЦАП можна створити використо­вуючи резисторний подільник напруг, який в певній мірі буде відтворювати інформацію що надходить в паралельному цифровому коді, але зрозуміло, що якість відтворення може задовольнити тільки при дуже низьких вимогах (рис. 9.2).

Рисунок 9.2

Опори резисторів підбирають таким чином, щоб із зростанням двійкового розряду вхідного сигналу опір зменшувався вдвоє. Таким чином подільник на­пруги, що утворюють вхідні резистори R1 - Rn разом з Rd буде міняти коефіцієнт поділу в число разів кратне двом для кожного наступного розряду.

Рисунок 9.3

На рисунку 9.3 наведена схема ЦАП. виконана на базі операційного під­силювача, що перетворює трирозрядний двій­ковий код x₀, x₁, х₂ в напругу. Використання ОП дає можливість вважати, що втрати на пе­ретворення відсутні.

Перетворювач працює по принципу суму­вання вхідних струмів:

(9.1)

В цьому виразі x0, x1, х2 - двійкові коефіцієн­ти, які приймають значення 0 або 1 у відпові­дності з кодом, який перетворюється у зна­чення розряду двійкового числа. Комутація струмів І₀,I₁,I₂ виконується ко­нтактами, які замикаються у тому випадку, коли значення підключених до них двійкових розрядів x₀, x₁, х₂ дорівнюють "1".

Визначаємо вхідні струми

; ; ;

Струм кола зворотнього зв’язку

Враховуючи вираз(9.1) одержимо

(9.2)

Якщо число розрядів двійкового числа більше 3 необхідно паралельно резисторам R₀,R₁,R₂ підключити аналогічним способом резистор R₃=R₀/8, R₄=R₀/16 і т.д.

Точність роботи такого ЦАП визначається інструментальною похибкою, тобто точністю підібраних резисторів. Найбільш жорсткі вимоги ставляться до точності старших розрядів, оскільки розкид струмів в цих розрядах не повинен перевищувати струми молодшого розряду. Тому на практиці часто в ЦАП використовується резистивна матриця типу ''R-2R".

В такому ЦАП застосовуються перекидні ключі, підключаючи резистори матриці до вузла сумування струмів, або до нульового проводу. Завдяки цьому навантаження джерела опорної напруги незалежно від значення роз­рядів коду двійкового числа залишається постійним і рівним Я. Це зменшує тривалість перехідних процесів і підвищує швидкодію. В ЦАП з резистивною матрицею ''R-2R" (рис. 9.4 ) вихідна напруга вираховується виразом:

(9.3)

ЦАП схема якого наведена на рис. 9.4 має такі переваги: для виконання схеми потрібно тільки два типи резисторів з опором R і 2R (на відміну від схеми на рис. 9.3 для якої потрібно п резисторів опір кожного з яких в п ра­зів більший за R).

Рисунок 9.4

Аналоговий сигнал при необхідності можна перетворити в цифрову фо­рму. Таке перетворення є осно­вою аналого-цифрових перетво­рювачів, які перетворюють зміни напруги або струму на вході пе­ретворювача на цифровий сигнал на виході, який може бути пред­ставлений у прямому двійковому вигляді, або в двійково-десятковому.