4.3 Аналогово-цифровий перетворювач (ацп)

В основі процесів перетворення аналогового сигналу (АС) у цифровий сигнал (ЦС) лежить порівняння послідовності відліків миттєвих значень АС з деяким набором еталонів, кожний із яких має визначене певне число рівнів квантування.

На першому етапі перетворення формується послідовність . Для того, щоб послідовність вибірок однозначно представляла вихідний сигнал , тобто для точного відновлення АС за послідовністю його дискретних значень , необхідно, щоб спектр цього сигналу був обмежений деякою частотою f_max і щоб частота дискретизації відповідала рівності

.

Тому, як правило, на вході АЦП включають смуговий фільтр з верхньою частотою зрізу

.

На другому етапі перетворення відбувається квантування вибірок, тобто кожна вибірка у момент подається числом , що містить ‑ двійкових розрядів. Крок квантування визначає помилку квантування.

Найважливішими параметрами пристрою АЦП є: число розрядів – у даних, що видаються, й швидкодія, яка визначаться часом перетворення (максимальним інтервалом між початком перетворення однієї вибірки вихідного сигналу й виходом цифрового коду). Принцип роботи АЦП можемо проілюструвати схемою, що показана на рис. 4.3.

При на виході компаратора напруги (КН) утворюється логічний рівень ; iмпульси вiд генератора тактових iмпульсiв (ГТI) надходять до входу лічильника й вiдповідно змiнюється вихiдна напруга .

При на виходi КН утворюється логiчний рiвень , припиняється надходження iмпульсiв у лiчильник i на його виходi формується число , що вiдповiдає рiвню АС . Це число зчитується з буферного регістра, лiчильник установлюється в початковий нульовий стан i процес перетворення повторюється. Ясно, що реалiзацiя викладеного принципу призводить до АЦП з низькою швидкодiєю.

На практицi застосовуються АЦП паралельної дiї, схеми яких значно складнiшi за тi, що розглянуто вище, але вони забезпечують бiльш високу швидкодiю. Для прикладу запишемо параметри деяких типiв АЦП, що випускає промисловiсть:

• К-572П131 (число розрядiв – 12, час перетворення – 110 мкс);

• К-1107ПВ1 (6; 0.1 мкс);

• К-1113ПВ1 (10; 30 мкс).

4.4 Цифро – аналоговий перетворювач (цап)

В основi процесiв перетворення сигналiв iз цифрової форми в аналогову найчастiше використовується принцип формування аналогових величин (зазвичай струмiв), пропорцiйних ваговим коефiцiєнтам розрядiв вхiдного двiйкового коду, з послiдовним їх додаванням у розрядах коду, що мають одиницю. Формування цих струмiв виробляється, як правило, за допомогою так званої матрицi (рис.4.4)

Error: Reference source not foundВихідний опір частини схеми відносно точок 1-1, 2-2,¼, дорівнює R, тому вихідний струм , струм у резисторі 1^-го розряду , струми у резисторі 2-го розряду , а у резисторі i-го розряду , тобто струм пропорційний ваговому коефіцієнту 2^і i-го розряду (відлік розрядів дрібного двійкового числа ведеться від старшого розряду).

При наявності такої матриці перетворення двійкового коду в аналогову величину струму або напруги зводиться до відповідної комутації струмів розрядних резисторів і їх підсумовування для розрядів, що містять одиницю. Приклад такої схеми показано на рис.4.5

Error: Reference source not foundТут комутація струмів виконується за допомогою струмкових ключів Kл, що керуються розрядами вихідного коду через підсилювачі-інвертори. Кожний підсилювачі-інвертор має два виходи - прямий та інверсний. Якщо на цифровому виході і-го розряду значення цього розряду , то відповідний підсилювач відкриє струмів ключ, і струм І_і і-го розряду резистивної матриці надійде до виходу В (наприклад, на заземлення).

При надходженні на цифровий вхід -го розрядного коду на виході А утворюється сумарний струм

,

де - десятинне зображення вихідного двійкового числа.

Якщо до виходу А підключити операційний підсилювач, то на його виході утвориться напруга

пропорційна значенню вихідного числа.

Основними параметрами цифро-аналогових перетворювачів /ЦАП/ є число двійкових розрядів у вхідному коді та час перетворення.

Для прикладу наведемо дані деяких типів мікросхем ЦАП, що випускає промисловість:

• К572ПАІ (число розрядів – 10, час перетворення 5 мкс);

• К572ПА2 (12; 5мкс);

• К594ПА1 (12; 3.5мкс);

• К1108ПА1 (12; 0.4мкс).