5. Преобразователи сигналов.

Для согласования различных объектов с цифровыми управляющими, измерительными и вычислительными системами служат аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) обеспечивают преобразование цифровой формы представления информации в аналоговую форму.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) обеспечивают переход от аналоговой формы представления информации к цифровой.

В настоящее время для управления и цифровой обработки сигналов широко используются микропроцессоры. Поэтому как ЦАП, так и АЦП выпускаются в интегральном исполнении.

В маркировке микросхем ЦАП используются буквы ПА, а АЦП – буквы ПВ.

6.1. Принципы построения цап.

В интегральных ЦАП входным сигналом чаще

всего является двоичный код, а выходным сиг

налом – ток.

Принцип цифро-аналогового преобразования со

стоит в суммировании эталонных токов, пропор

циональных весовым коэффициентам двоичных

разрядов. При этом в суммировании участвуют

только те эталоны, для которых в соответствую

щих разрядах входного сигнала стоит 1.

Обобщённая структурная схема ЦАП имеет вид

Согласующее

устройство

Токовые

ключи

Резистивная

матрица

Источник

опорного

напряжения

ОУ

U_ВЫХ

Согласующее устройство служи согласования входа ЦАП с цифровыми

Микросх. Токовые ключи подключают в соответствии с входным кодом эталонные. Эталонные токи формируются резистивной матрицей с помощью ист опорного напряжения. Операционный усилитель (ОУ) пре образует ток в напряжение:

U_ВЫХ = кU_ОП(а_n2^-1 + а_n-12^-2 +…+ а₁2^-n), где

к - коэффициент пропорциональности;

U_ОП - опорное (эталонное) напряжение;

а_n,…,а₁ – двоичные разряды n-разрядного входного кода.

Операционный усилитель и источник опорного напряжения чаще всего бывают внешними устройствами, поскольку их сложно выполнить технологически на одном кристалле с остальной частью преобразователя.

Основными узлами ЦАП являются резистивная матрица и токовые ключи. Резистивная матрица может иметь различную структуру: с взвешенными резисторами или с резистивной сеткой R-2R.

ЛЕКЦИЯ 17

Матрица с взвешенными резисторами представляет собой цепочки двоично-взвешенных по номиналам резисторов:

2^n-1R

I₁

Сопротивления резисторов удваиваются при пе-

2R

R

U_ОП

I_n

I_n-1

реходе от старшего разряда к младшему. В результа-

те токи в ветвях пропорциональны весовым коэффи-

циентам двоичных разрядов:

I_n = U_ОП/R, I_n-1 = U_ОП/2R = I_n/2,…, I₁ = I_n/2^n-1.

Токовые ключи управляются соответствующи-

ми разрядами входного кода.

Такую структуру трудно реализовать в интегральном

исполнении из-за широкого диапазона сопротивлений и

их высокой требуемой точности.

Этого недостатка лишена матрица с резистивной

сеткой R-2R, где используются резисторы только двух

номиналов:

I_n

2R

2R

U_ОП

I₁

I_n-1

R

R

2R

Нетрудно заметить, что в каждом разряде

матрицы включены параллельно два резистора с

2R

одинаковыми сопротивлениями 2R. Следователь-

но, при переходе от старшего разряда к младше-

му ток уменьшается в два раза:

I_n = (U_ОП/R)/2 = I_ОП/2, I_n-1 = I_ОП/4 = I_n/2, …,

I₁ = I_ОП/2ⁿ = I_n/2^n-1.

Токовые ключи должны иметь высокое бы-

стродействие и не вносить заметных погрешнос-

тей в разрядные токи.

Для ЦАП среднего и низкого быстродействия широко применяются ключи на КМДП-транзисторах, характеризующихся малым потреблением энергии. Для быстродействующих ЦАП ключи строятся обычно на биполярных транзисторах и диодах.

Работа ЦАП синхронизируется тактовыми импульса

ми. Вследствие этого сигнал на выходе ОУ представляет

собой ступенчатую функцию времени: u

Длительность каждой ступени равна длине такта.

Промышленностью выпускаются микросхемы

t ЦАП разрядностью от 6 до 18.

1 B/A

2 (#/) В условном графическом обозначении ЦАП отражается

3 характер преобразования: В (#) – бинарный (двоичный) сигнал,

А () – аналоговый сигнал.