3. Цифро-аналоговые преобразователи. Структурная схема цап. Параллельная схема суммирования токов. Последовательная схема суммирования токов.

Микросхемы ЦАП классифицируются по следующим признакам:

По виду выходного сигнала	1. С токовым выходов (тогда используется преобразователь) 2. Выход в виде напряжения (обычно требуется)
По типу цифрового интерфейса	1. С последовательным вводом 2. С параллельным вводом (устарели)
По числу ЦАП на кристалле	1. Одноканальные 2. Многоканальные
По быстродействию	1. Стандартные 2. Высокого быстродействия

Структурная схема ЦАП (с суммированием токов)

U_ВЫХ = – I_ВХ*R_ОС

I_ВХ = d_0*I₀ + d_1*2I₀ + d_2*4I₀ + … + d_n*2ⁿ_*I₀ , где d₀, d₁, … , d_n – значение n-го разряда (0 или 1)

Схема: Имеем n-ое количество источников тока, каждый из которых соответствует текущему разряду. Каждый следующий, выдает ток, в 2 раза больше предыдущего (от разряда к разряду).

Далее ток суммируется и преобразуются в выходное напряжение (трансимпедансный усилитель)

d₀, d₁, … , d_n – состояния разрядов. «0» если ключ разомкнут, тогда источник тока не участвует в общей схеме. «1» если ключ разомкнут, ток будет вносить вклад в общий.

Параллельная схема суммирования тока

U_ВЫХ = – I_ВХ*R_ОС

I_ВХ = U_ОП * (d₀/R + d_1*2/R + d_2*4/R + … + d_n*2ⁿ/R)

Схема: Источник опорного напряжения и делитель напряжения. Каждое последующее сопротивление меньше предыдущего в 2 раза (от разряда к разряду.

Недостатки параллельной схемы:

• При высокой разрядности сопротивления резисторов должны быть согласованы с высокой точностью (нужно очень точно подбирать резисторы)

• Жесткие требования к резисторам старших разрядов, поскольку разброс тока в них не должен превышать тока младшего разряда

• Сопротивления весовых резисторов могут отличаться в тысячи раз, что затруднят реализацию таких резисторов на кристалле ИС

• Сопротивления резисторов старших разрядов могут быть соизмеримы с сопротивлением замкнутого ключа, что повышает погрешность

В зависимости от состояния ключей, ток, который берется из источника опорного напряжения будет разным, а это влияет на погрешность.

Чтобы избавиться от этих недостатков была предложена последовательная схема. В ЦАП, выполненных по интегральной технологии, в основном применяются резистивные матрицы R-2R.

R1 = R R2 = Rн = 2R RВХ = 2R= Rн Суть: эквивалентное сопротивление будет 2R, независимо от того, сколько звеньев в цепи (R1 – R2)

Последовательная схема суммирования тока

Схема: Источник опорного напряжения + матрица R-2R с заземлением + ключи. Преобразование тока в напряжение происходит с помощью резистора обратной связи.

Если в разряде «1», то ключ замкнут – подключен к общей шине I_Мвых

Если в разряде «0», то ключ разомкнут – подключен к общей шине I’_Мвых

U_ОП и I_ОП (суммарный ток, проходящий через источник опорного напряжения) сохраняются неизменным от положения ключей.

Погрешности:

1) Смещение нуля (ошибка смещения)

2) Нелинейность преобразования (дифференциальная нелинейность)

3) Немонотонность

4) Ошибки выхода с низким или высоким усилением

4. Аналого-цифровые преобразователи. АЦП параллельного преобразования (параллельные АЦП). АЦП последовательного приближения. Интегрирующие АЦП. Сигма-дельта АЦП. Схемы и принцип работы, основные преимущества и недостатки.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой реализуется с помощью АЦП.

U(t) → U^*(t_i)

Непрерывная функция времени → Цифровой сигнал (последовательность цифровых кодов чисел)

Аналого-цифровое преобразование состоит из 2х самостоятельных операций: дискретизации во времени и квантовании по уровню

Формулы:

1) f_D = 1 / T_D – частота дискретизации

2) N = log₂(U_АЦП / U_К) – разрядность квантования, где U_АЦП – диапазон входного напряжения АЦП, U_К – шаг квантования

3) V = N * f_D [кбит/с] – скорость передачи информации (количество информации на 1 с записи)

Главные параметры АЦП определяются параметрами аналогового сигнала:

1. Определяем верхнюю граничную частоту и выбираем f_D

2. Определяем минимальное значение напряжения и выбираем разрядность

3. Требования по числу каналов

4. Габариты и мощность