Цифро-аналоговые преобразователи (цап) и аналогово-цифровые преобразователи (ацп).

ЦАП и АЦП – устройства, которые стоят на границе аналоговой и цифровой техники.

ЦАП.

ЦАП можно встретить в современном музыкальном устройстве (будь то плеер, музыкальный центр и так далее). Его роль в данном случае – преобразовать музыку, записанную на компакт-диск или флеш-память из цифрового сигнала в аналоговый сигнал (в некие уровни напряжения (тока), которые вызовут звуковые колебания).

ЦАП ставит в соответствие некому входному цифровому сигналу – некий уровень аналогового.

Например, в случае с синусом:

Можно наложить пассивный или активный (на операционном усилителе) фильтр, который позволит более точно аппроксимировать синус, изменить его амплитуду и т.д. Соответственно, такое устройство будет являться более дорогим.

ЦАП:

Напряжение на выходе ЦАП:

Где каждый из коэффициентов равен единице, если соответствующий ключ замкнут, или нулю (если ключ разомкнут).

Коэффициент усиления:

Очевидно, что максимальное напряжение на выходе мы сможем получить тогда, когда все четыре ключа будут замкнуты:

Минимальное выходное напряжение, равное нулю, будет получено в том случае, когда все четыре ключа разомкнуты:

.

То есть, выходное напряжение может изменяться от до с шагом , который называется весом младшего разряда.

Влияние резистора в два раза меньше влияния резистора (числа в номиналах резисторов степени двойки).

Но, таким образом ЦАП не строят, потому что на практике данную схему реализовать не удается. Пытаются реализовать схему с генераторами тока:

Эта система реализуется так:

Матрица

Смысл построения любого ЦАП заключается в том, чтобы, используя некие величины, имеющие степень двойки (так как цифровой код – степень двойки), цифровому коду поставлены в соответствие некие аналоговые сигналы (токи или напряжения).

Замкнем все ключи в матрице и нарисуем распределение тока в схеме:

На получаем , которое будет искомым напряжением для ЦАП.

Следует отметить, что это действует только когда строго соблюдены соотношения (то есть матрица должна быть очень точной). Для четкого соблюдения соотношения сопротивлений используется их лазерная подгонка:

Берется заведомо меньшее сопротивление и на нем нарезаются пазы определенной глубины до тех пор, пока сопротивление не станет равным необходимой величине.

Цап, построенный по методу перераспределения зарядов.

1-й такт:

Все конденсаторы подключены к и заряжены

2-й такт:

Некоторая часть конденсаторов отключается от и подключается к земле.

Допустим, конденсатор отключается от и подключается к земле:

В результате перераспределения заряда на выходе получим следующее напряжение:

Аналогично, если вместо конденсатора отключить конденсатор , то

В случае, если все конденсаторы отключены от и подключены к земле, то

То есть, на выходе мы можем получать напряжение от до с шагом, определяемым количеством каскадов с емкостями.

Следует отметить, что данная система может автоматически проводить самокалибровку:

Каждая емкость сделана из набора емкостей:

То есть, параллельно каждой емкости подключены еще несколько емкостей с ключами.

Когда, например, отключается конденсатор , напряжение на выходе должно быть равно . В том случае, когда это условие не выполняется, автоматически подключаются дополнительные емкости, откалибровывающие систему таким образом, чтобы условие выполнялось.