70. Цап с весовым суммированием выходных сигналов

Решением проблемы является использование метода, основанного на выделении из структуры многоразрядного устройства нескольких однотипных ЦАП (групп) с меньшей разрядностью и последующим суммированием результатов, полученных в каждой из групп с помощью собственного масштабного сумматора. Реализацию данного принципа поясним с использованием структурной схемы 12-разрядного ЦАП, показанной на рис. 7.6.

Устройство состоит из трех 4-разрядных ЦАП. Так как кратность изменения сопротивлений в этом случае для каждого из них равна восьми, то для формирования весовых токов можно использовать как матрицы , так и взвешенные резисторы. На входы первого ЦАП подаются старшие разряды входного кода (), на входы второго ЦАП – средние разряды (), а на входы третьего ЦАП – младшие разряды кода (). Выходной сигнал ЦАП старших разрядов подается на выход устройства непосредственно, а сигналы ЦАП средних и младших разрядов через делители тока (,и,), имеющие коэффициенты деления 1/16 и 1/128 соответственно. Таким образом, при использовании рассматриваемой структурной схемы существует только два делителя с большими коэффициентами деления. В реальных схемах точность этих коэффициентов обеспечивается лазерной подгонкой соответствующих резисторов.

Рис. 7.6. Структурная схема ЦАП с весовым суммированием выходных сигналов

71. Области применения цап

Наиболее часто ЦАП используются для сопряжения устройств цифровой обработки сигналов с системами, работающими с аналоговыми сигналами. Кроме этого, ЦАП используются в качестве узлов обратной связи в аналого-цифровых преобразователях и в устройствах сравнения цифровых величин с аналоговыми.

Области применения ЦАП достаточно широки. Они применяются в системах передачи данных, в измерительных приборах и испытательных установках, в синтезаторах напряжения и генераторах сложных функций, для формирования изображений на экранах дисплеев и др. В связи с этим разработано и выпускается большое количество интегральных микросхем ЦАП.

Промышленностью ЦАП выпускаются в виде интегральных микросхемы и содержат в своем составе резистивную матрицу R-2R, электронные ключи и резистор обратной связи R_ос. Для подключения токосуммирующего операционного усилителя имеются специальные выводы. Схема десятиразрядного ЦАП, построенного на базе ИМС К572ПА1, показана на рис. 7.7.

Основные параметры наиболее широко используемых ЦАП приведены в таблице 1. В таблице 1 использованы следующие обозначения: n – число разрядов управляющего кода; t_уст – время установления выходного напряжения; I_вых – максимальный выходной ток; d_лн – нелинейность преобразования ЦАП; U_п – напряжение питания; U_оп – опорное напряжение.

Таблица 5.1

72. Ацп времяимпульсного типа

Схема преобразователя данного типа приведена на рис. 7.8, а, временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в преобразователе – на рис. 7.8, б. В схеме этого типа ЦАП не используется.

Рис. 7.8. Структурная схема АЦП времяимпульсного типа

Рассмотрим работу преобразователя. Очередным тактовым импульсом счетчик сбрасывается в нулевое состояние и одновременно запускается генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Выходное напряжение ГЛИН поступает на входы компараторов К1 и К2, на другие входы которых подаются соответственно нулевое напряжение и подлежащее преобразованию в числовую форму напряжение на входе схемы (Вх). В момент времени, когда линейно изменяющееся напряжение, нарастая от небольших отрицательных значений, проходит нулевое значение, выдает импульс первый компаратор. Этим импульсом триггер устанавливается в состояние 1. В момент, когда линейно изменяющееся напряжение достигает значения, выдается импульс вторым компаратором. Этим импульсом триггер возвращается в состояние 0.

Время , в течение которого триггер находится в состоянии 1, пропорционально входному напряжению. Таким образом, входное напряжение преобразуется во временной интервал, длительность которого пропорциональна значению входного напряжения.

В течение времени с выхода триггера подается высокое напряжение на вход элемента И, и импульсы генератора импульсной последовательности (ГИП) проходят через элемент на вход счетчика Сч. Очевидно, устанавливающееся в счетчике число пропорционально, а следовательно, и.

Для получения нового отсчета напряжения следует вновь подать импульс запуска. Таким образом, импульсы запуска должны следовать с частотой дискретизации входного напряжения. Покажем, как определяются параметры элементов преобразователя.

По заданной относительной погрешности преобразователя определяется максимальное число, до которого счетчик должен производить счет:. Число разрядов счетчика находится как минимальное, удовлетворяющее неравенству.

Процесс преобразования значения в число занимает время, пропорциональное. Максимальное значениеназывается временем преобразования:

, (7.13)

где и– соответственно период и частота генератора импульсов.

Отсюда

. (7.14)

При проектировании преобразователя время бывает задано. Этот параметр определяет динамическую погрешность преобразователя, связанную с тем, что за время преобразования входное напряжениеможет измениться. Изменениеза времядолжно быть меньше напряжения, соответствующее единице младшего разряда счетчика.

Крутизна напряжения ГЛИН .

Аппаратурные погрешности преобразователя связаны с неточностью работы отдельные его элементов: нелинейностью напряжения ГЛИН; отклонениями момента времени, в которые компаратором выдается импульс, от момента точного равенства входных напряжений компаратора; конечным временем срабатывания триггера, элемента И, нестабильностью частоты следования импульсов генератора.