![](/user_photo/_userpic.png)
- •Зарубежные
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел первый условные обозначения зарубежных интегральных микросхем
- •Раздел второй аналоговые интегральные микросхемы
- •2.1. Операционные усилители
- •2.2. Мощные усилители низкой частоты
- •2.3. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •2.3.1. Цифро-аналоговые преобразователи
- •2.3.2. Аналого-цкфроьые преобразователи
- •2.4. Аналоговые ключи и коммутаторы
- •2.4.1. Аналоговые ключи
- •2.4.2. Аналоговые коммутаторы
- •2.5. Интегральные микросхемы для вторичных источников питания
- •2.5.1. Интегральные стабилизаторы напряжения непрерывного действия
- •2.5.2. Интегральные прецизионные источники опорного напряжения
- •Раздел третий цифровые интегральные микросхемы 3.1. Интегральные микросхемы для логических и арифметических устройств
- •3.2. Микропроцессоры
- •3.3. Полупроводниковые запоминающие устройства
- •Приложение. Типовые корпусы имс
2.3. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
Преобразователи по виду входных и выходных сигналов делятся на цифро-аналоговые (код-напряжение, код-проводимость и др.) и аналого-цифровые (напряжение-код, частота-код и др.).
Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи нашли широкое применение в связи с распространением цифровых методов обработки сигналов, используемых в системах сбора и обработки информации, для управления и контроля производственными процессами, в контрольно-измерительной аппаратуре, в технике связи.
Для преобразования аналоговых сигналов в код применяются следующие методы: поразрядного кодирования, непосредственного считывания, с использованием следящей системы, время-импульсные. Первые два метода характеризуются высоким быстродействием и возможностью получения высокой точности. Метод непосредственного считывания применяется для построения сверхбыстродействующих преобразователей.
В настоящее время выпускаются преобразователи различных типов, отличающиеся внутренней структурой, принципом действия, технологическими особенностями и эксплуатационными свойствами.
Они строятся как по разомкнутой схеме (отсутствует обратная связь, охватывающая весь преобразователь), так и по замкнутой (в цепь обратной связи АЦП входит ЦАП). В состав преобразователей входят ключи и коммутаторы, операционные усилители, схемы выборки и хранения, компараторы напряжения, а также цифровые логические элементы и запоминающие устройства.
2.3.1. Цифро-аналоговые преобразователи
Цифро-аналоговые преобразователи служат для преобразования входной информации, представленной в цифровом коде, в эквивалентный аналоговый сигнал.
Схемы ЦАП различаются по способам представления величин в цифровой форме (чаще в двоичной системе счисления), структурам преобразователя, характеру зависимости выходного сигнала от входного (линейные и нелинейные), способам получения выходного сигнала (с суммированием напряжений или токов, с делением напряжений), -виду выходного сигнала (с токовым, потенциальным или резистивным выходом), полярности выходного сигнала (одно-, двух- или четырехквадрантные), виду источника опорного сигнала (постоянного или изменяющегося). Для цифро-аналогового преобразования обычно используются два метода: метод суммирования единичных величин (используется один эталон) и метод суммирования с учетом веса разрядов (используется 2iэталонов, гдеi=1, 2,...n). При втором методевходеюй сигнал может подаваться в последовательном коде. При этом производится последовательное преобразование разрядов входного кода, начиная со старшего или младшего (преобразователь последовательного действия). Если входной сигнал подается в параллельном коде, то происходит одновременное суммирование всех разрядов цифрового кода (преобразователь параллельного действия). Преобразователи последовательного типа являются менее быстродействующими, чем параллельного.
В настоящее время выпускаются ЦАП как требующие дополнительного подсоединения внешних элементов, так и функционально законченные (автономные) БИС ЦАП, содержащие на одном кристалле все элементы, необходимые для процесса преобразования.
В процессе преобразования входной n-разрядный цифровой сигнал превращается в аналоговый выходной сигнал с 2nдискретными уровнями. Например, у 10-разрядного ЦАП выходное напряжение может принимать 1024 уровня от нуля до максимального значения. Обратной величиной числа выходных уровней является разрешающая способность. Она определяет наименьшее возможное приращение выходного аналогового сигнала при соответствующем изменении входного преобразуемого кода на единицу младшего разряда. Единицей измерения разрешения является единица самого младшего значащегося разряда (1МЗР). Она может выражаться в процентах или миллионных частях.
Одной из основных задач преобразователя является получение точного соответствия между входными и выходными сигналами. Погрешность преобразования показывает отличие реального преобразования от идеального. Точность преобразования характеризуется погрешностью преобразования, которая состоит из методической погрешности, обусловленной методом преобразования, и из инструментальной погрешности. Инструментальные погрешности вызыва-ются неточностью изготовления элементов преобразователя, зависимостью параметров элементов от температуры, влиянием шумов и помех. Погрешности проявляются в виде смещения нуля преобразователя, изменения коэффициента передачи, нелинейности и немонотонности передаточной характеристики (погрешности линейности и монотонности). Погрешность выражается в процентах от полного диапазона изменения аналогового выходного сигнала. Например, если 10-разрядный ЦАП должен иметь максимальный выходной сигнал 10 В, а реальное значение сигнала 9,5 В, то погрешность составляет 5 %. Кроме того, она может выражаться в долях наименьшего значащего разряда. Погрешность линейности показывает постоянство отношений входного сигнала к выходному во всем рабочем диапазоне. Интегральная погрешность линейности определяет максимальное отклонение передаточной характеристики от прямой линии, проведенной через нуль и точку максимального значения выходного сигнала. Дифференциальная погрешность линейности характеризует изменение крутизны передаточной характеристики и определяется как разность отклонений двух смежных уровней выходного сигнала. Дифференциальная погрешность идеального преобразователя равна нулю. Если она большая (более 1МЗР), то это говорит о немонотонности выходного сигнала. Погрешность монотонности характеризует изменение выходного сигнала при изменении значений входного последовательного кода. Монотонность показывает, что при непрерывном увеличении входного сигнала выходной сигнал не должен уменьшаться. Линейность и монотонность характеристик ЦАП ухудшаются по мере увеличения скорости изменения входных сигналов. Температурный коэффициент характеризует изменение полной погрешности от температуры.
Следует отметить, что преобразователи, имеющие высокую точность, но малую разрешающую способность и, наоборот, малую точность и высокую разрешающую способность, не имеют большого практического значения. Поэтому значения разрешающей способности и точности практически выбираются примерно одинаковыми.
Требования к точности возрастают по мере увеличения числа разрядов (например, для 4-разрядного ЦАП при точности ±1/2 МЗР допускается погрешность выходного сигнала ±3,12% а для 8-оазвял-ного ±0,195 %),
Основным динамическим параметром ЦАП является время установления, представляющее собой интервал времени от момента поступления входного кода до момента, когда выходной аналоговый сигнал достигнет установившегося значения с заданной погрешностью (обычно ±1/2 МЗР). Время установления ог.ределяет быстродействие ЦАП.
Перемножающие (множительные) ЦАП отличаются от обычных тем, что предназначены для работы с переменными опорными сигналами, изменяющимися по определенному закону. Поэтому они дополнительно характеризуются диапазоном и частотой изменения входного аналогового сигнала, аналоговой нелинейностью, временем установления сигнала по аналоговому входу,
В табл. 2.3 представлены электрические параметры монолитных ЦАП.