2.6.4 Схема цап лестничного типа

Рисунок 2.48Cхема ЦАП лестничного типа на резистивной

МатрицеR-2r

Преимущество такой матрицы – используются резисторы только двух номиналов. Это позволяет исключить требование к точности их сопротивлений. Матрица является линейной цепью, все вклады от цепи каждого разряда суммируются для определения результирующего .

Работа схемы основана, что любая часть ступенчатой схемы имеет . Так, к узлу 1 подключены параллельно 2 резистора (по 2R). К узлу 2 параллельно подключены 2 резистора и цепь, состоящая из последовательного соединения резистора R и выходного сопротивления узла 1 (также R). В результате полное сопротивление в узле 2 равно .

Опорное напряжение, подключённое ключом D (старшего разряда ), создаёт ток .

При подключении в следующем разряде, когда в остальных разрядах нуль, напряжение в N-1 узле будут равно , а ток на входе операционного усилителя: .

В общем случае полный ток на входе ОУ:

,

где – преобразуемое двоичное число с максимальным значением: , тогда:

Источниками погрешностей в данной схеме являются паразитная ёмкость больших сопротивлений резисторов R-2R; влияние токов утечки через переключатели в разомкнутом состоянии. Чтобы преодолеть эти недостатки, в современных больших интегральных схемах (БИС) ЦАП применяют инверсное включение резисторной матрицы. Это обеспечивает постоянное протекание токов через сопротивления матрицы переключатели лишь коммутируют эти токи между общей шиной и входом операционного усилителя (ОУ). В этом случае быстродействие ЦАП преимущественно определяется ОУ, а не паразитными ёмкостями.

В настоящие время выпускается большая номенклатура ЦАП серий К572ПА, К594ПА, К1108ПА (К1108ПА1- быстродействие 200нс), К 118ПА (10нс).

2.6.5 Аналого-цифровые преобразователи(ацп)

АЦП преобразуют входной аналоговый сигнал в цифровой код и предназначены для согласования аналоговых систем с цифровыми система и обработки информации. АЦП широко применяются в промышленных системах управления, цифровых системах связи,РЛО,РНО, станках с ЧПУ.

Параметры АЦП:

• Разрядность (число разрядов) АЦП – округленный до целого числа двоичный логарифм номинального числа значений выходного кода N: .

• Характеристикой преобразования АЦП – зависимость между значениями аналогового и выходного кода (как и у ЦАП) может быть задана математически или графиком. Она определяется шагом квантования – разностью напряжений заданного и следующего за ним межкодового перехода. А погрешность квантования – погрешность, вызванная значением шага квантования, определяемая как половина АМР (амплитуды напряжения младшего разряда).

Точные параметры АЦП.

Эти параметры АЦП характеризуются несоответствием идеальной и действительной характеристики преобразования для конкретной реализации АЦП:

1. Напряжение смещения нуля ( ) – это напряжение, определяющее параллельный сдвиг характеристики преобразования оси абсцисс. Напряжение смещения обусловлено в компараторе и отклонением сопротивления первого резистора делителя .

2. Отклонение коэффициента преобразования характеризуется погрешностью преобразования в конечной точке характеристики. Это обусловлено и отклонением сопротивлений резисторов в другом конце делителя

3. Апертурная погрешность определяется неопределённостью между значением входного сигнала в момент выборки и значением фактически преобразуемой величины аналогового сигнала.

Динамические параметры АЦП:

1. Время преобразования – это время с момента начала появления сигнала на входе АЦП до появления на выходе устойчивого цифрового кода.

2. Время задержки запуска – это время с момента подачи сигнала на вход АЦП до того момента времени, при котором выходной код отличается от номинального не более чем на значение статической погрешности. Оно определяется переходными процессами во входных цепях АЦП.

3. Время цикла кодирования – время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала. Оно определяется задержкой передачи сигнала в составных блоках АЦП.

4. Частота дискретизации – это максимальная частота преобразования входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы ( например, нелинейность, монотонность)

5. Апертурное время – время, в течение которого сохраняется неопределённость между моментами выборки входного сигнала и момента времени, к которому оно относится. Физически это определяется инерционностью токовых переключателей и компараторов. Из-за различных значений апертурного времени в разных точках характеристики преобразования появляется дополнительная динамическая погрешность.

Эксплутационные параметры АЦП

При эксплуатации АЦП необходимо учитывать минимальный временной интервал между преобразованиями, который характеризует время возвращения АЦП в исходное состояние и может влиять на частоту дискретизации.

Для устойчивой работы АЦП необходимо выполнить ограничения на следующие эксплутационные параметры:

1. Правильность выбора напряжения питания и соблюдение последовательности включений источников питания.

2. Диапазон изменений ,.

3. импульсов

4. и импульсов

5. Используемый цифровой код.