44. Цифроаналоговые преобразователи

Устройство, преобразующее цифровой код в аналоговую величину, называют цифроаналоговым преобразователем (ЦАП).ЦАП преобразует дискретный сигнал, квантованный по уровню, в аналоговую (непрерывную) форму. Цифровой сигнал на входе устройства представляет многоразрядный двоичный код: Здесь – коэффициенты, принимающие значения 0 или Каждому значению цифрового сигнала в двоичной форме должно соответствовать его аналоговое значение. Поскольку цифровой сигнал на входе изменяетсядискретно, аналоговый выходной сигнал будет ступенчатым (рис. 13.25). Число ступеней зависит от разрядности ЦАП.

ЦАП с взвешенными резисторами. Недостаток схемы – большой разброс сопротивлений резисторов и жесткие требования к их номиналам.

Транзисторные ключи управляются двоичным кодом. Коэффициент , если ключ соединен с источником опорного напряжения, и , если ключ замкнут на землю. Выходное напряжение ЦАП пропорционально значению входного кода:

ЦАП на основе резистивной матрицы R-2R: напряжение на входе ОУ, охваченного отрицательной обрат-ной связью, равно нулю, ток в каждом узле резистивной схемы делится пополам. Следовательно, суммарный ток в резисторе обратной связи взвешен по закону двоичного кода, а выходное напряжение В ЦАП с резистивной матрицей R-2R используется в два раза больше резисторов. точность зависит от отношения сопротивлений резисторов, а не от их абсолютных значений. номиналы резисторов отличаются всего в два раза.Характеристики ЦАП. Поскольку цифровой сигнал изменяется дискретно, аналоговый сигнал на выходе ЦАП будет ступенчатым. Разрешение ЦАП – это число ступеней, которое укладывается в его максимальном выходном сигнале и прямо связано с числом разрядов. Например, десятиразрядный ЦАП имеет 1024 ступени и его разрешение менее 0.1 %.Точность ЦАП определяется смещением аналогового выходного напряжения от его идеального значения при любом цифровом сигнале на входе. Она зависит от многих факторов, в частности от опорного напряжения.Линейность – максимальное отклонение точек, соответствующих выходному напряжению, от прямой, проведенной через эти точки.Быстродействие ЦАП характеризуется промежутком времени после поступления на вход двоичного кода до установления выходного аналогового сигнала. Оно ограничивается временем установления напряжения на выходе ОУ.

44. Аналого-цифровые преобразователи

АЦП служат для преобразования входного напряжения в пропорциональный ему код. Преобразование аналогового сигнала в цифровой выполняют в два этапа. Сначала дискретизация непрерывного сигнала во времени, т. е. заменяют его отсчетами – значениями в дискретные моменты времени. Затем значения дискретизированного сигнала подают на вход АЦП, который с некоторым шагом квантования по уровню представляет их цифровым эквивалентом в виде двоичного кода. Дискретизация во времени выполнена корректно, если возможно однозначное восстановление исходного аналогового сигнала. Согласно теореме Котельникова для этого необходимо, чтобы частота дискретизации превышала верхнюю частоту спектра сигнала по меньшей мере в два раза: Аналого-цифровое преобразование основано на сравнении аналогового сигнала с эталонным напряжением. В процессе преобразования мгновенное значение напряжения заменяется ближайшим дискретным значением эталонного напряжения, т. е. происходит квантование сигнала по уровню.Важной характеристикой АЦП является разрешающая способность, которая равна величине, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Например, выходной сигнал 4-разрядного АЦП может иметь 16 различных значений от 0 до 15. Следовательно, при размахе входного напряжения от 0 до В такое аналого-цифровое преобразованиеобеспечивает разрешение, равное . Таким образом, аналоговому сигналу соответствует код 0000, напряжению – код 0001, а напряжению – код 1001, и т. д.Существуют два основных вида аналого-цифровых преобразователей: последовательного действия и параллельного действия.

Параллельного действия	Последовательного действия
Выборки аналогового сигнала подаются на прямые входы аналоговых компараторов с различными порогами срабатывания. На инверсные входы компараторов поступают опорные напряжения, снимаемые с делителя напряжения. Сигналы с выходов компараторов поступают на вход шифратора, преобразующего эти сигналы в цифровой код. Преобразование осуществляется за один шаг. Достоинством АЦП параллельного действия является высокое быстродействие. Основной недостаток – большие аппаратные затраты и, следовательно, высокая стоимость	Аналоговое напряжение поступает на неинвертирующий вход компаратора. На его инвертирующий вход поступает напряжение с выхода ЦАП. Импульсы от генератора тактовых импульсов (ГТИ) поступают на вход двоичного счетчика, управляющего работой ЦАП. Двоичный счетчик, ГТИ и ЦАП образуют генератор ступенчато изменяющегося напряжения. В результате последовательного увеличения кода счетчика происходит ступенчатое увеличение напряжения на выходе ЦАП. Когда это напряжение сравняется с выходным, произойдет переключение компаратора, счетчик блокируется и выполняется считывание цифрового сигнала на выходе. Схема имеет низкое быстродействие, так как должна начинать отсчет от нуля для каждого нового значения цифрового сигнала. Быстродействие можно увеличить, если использовать реверсивный счетчик. Такой счетчик не сбрасывается на нуль в начале каждого цикла счета, а считает в том или ином направлении в зависимости от изменения аналогового сигнала на входе. Такой прибор называется следящим АЦП.