Простейшая схема устройств сопряжения с объектом (УСО). Конфигурации УСО. Интегральные цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Настройка ЦАП. Интегральные АЦП. Принципы построения многоканальных АЦП, страница 2

8. Внутренне нагрузочное сопротивление (внутренний усилитель) осуществляющий преобразование выходного тока в напряжение, а так же функцию масштабирования.

Обобщённая структура ЦАП:

Быстродействие определяется ОУ

РМ – резистивня матрица

БЭК – блок электронных ключей

RG – регистр

ОУ – операционный усилитель

Используемы аналоговые ключи могут быть:

- коммутирующими ток

- коммутирующими напряжение это определяет тип резистивной матрицы

Rn служит для преобразования Iвых в напряжение (в схеме присутствует либо Rn либо ОУ + R1.

ЦАП с выходом по току быстрее чем ЦАП с выходом по напряжению.

При изменении входов N на вход ОУ будет поступать что-то типа ступеньки:

вход и выход ОУ:

Точность ЦАП:

1. Точность и стабильность источника опорного напряжения

2. Точность резестивной матрицы

3. Точность и стабильность резисторов определённых коэффициентов усиления

Характеристики и параметры ЦАП

I Статические характеристики (характеризуют точность ЦАП) Основная характеристика: статическая характеристика преобразования (СХП).

СХП – совокупность значений выходных аналоговых величин Хi в  зависимости от входных кодов Ni

НТШП – начальная точка шкалы преобразования

КТШП – конечная точка шкалы преобразования

h – шаг квантования

Интервал между значениями НТШП и КТШП наз. динамическим диапазоном изменения выходной величины.

Дискретное изменение Xi при изменении Ni на 1 называется шагом преобразования h или шагом квантования по уровню.

Разрешающая способность – наименьший цифровой код при котором образуется выходное напряжение (или ток):

H = Uвых(2^n – 1)

Размерность:

- 1 младшего значащего разряда [1 МЗР]

- % от КТШП

- размерность в разрядах

Реальная СХП: могут меняться:

1. положение НТШП

2. положение КТШП

3. наклон СХП

4. линейность СХП

Степень отклонения реальной СХП от идеальной характеризует точность.

Нелинейность связана:

1. с дифференциальной нелинейностью.

2. смещение характеристики преобразования

3. с неточностью установки коэффициентов преобразования

Нелинейность ХП – это отклонение реальной характеристики от прямой, проведённой через НТШП И КТШП (идеальной ХП)

Uсм>h (смещение больше абсолютной точности), - эксплуатация ЦАП невозможна. Это устраняется балансировочным сопротивлением балансировки ОУ или внесение Eсм к РМ.

Кпр – коэффициент преобразования, его можно изменить резистором Rос (менять его Uопор нежелательно)

Кпр = Uвых / N = hN/N = h

Дифференциальный элемент настройкой изменить невозможно. Дифференциальная нелинейность связана с не идентичностью элементов из которых состоит ЦАП.

Дифференциальная нелинейность – отклонение действительного шага квантования от его среднего значения.

оценка дифференциальной нелинейности:

N – код на входе ЦАП. Ui – выход ЦАП (соответствующий Ni). Uсм – напряжение смещение; h max – максимальное отклонение. m – число точек в которых определялось значение дифф. нелинейности (для идеального определения необходимо взять m = 2^n – 1, т.е. все точки)

Лекция 4           22.09.2001

Настройка ЦАП

  • Uсм = 0
  • Выставить требуемый коэффициент преобразования (наклон ХП) так чтобы КТШП совпадала с теоретическим значением U вых max
  • Произвести расчёт нелинейности

Дифференциальная нелинейность измеряется в единицах младшего значащего разряда (МЗР) или в % от величины значения КТШП.

Монотонность характеристики преобразования (МХП) – неизменность знака приращения при последовательном увеличении/уменьшении входного кода ЦАП. Если приращение больше МЗР, то может измениться монотонность XP. D должна быть меньше1 МЗР.

немонотонность

Динамические параметры (ДП) ЦАП

(связаны с быстродействием ЦАП и характеризует его производительность).  ДП связаны с точностью преобразования цифры в аналог.

ДП определяют при изменении входных кодов.

t1  - время установления (интервал времени между подачей входного сигнала и моментом времени когда выходной сигнал достигнет установившегося значения в зоне не превышающей шаг квантования)

t2 – время распространения  (интервал времени между моментами когда входной сигнал достигает уровня 0,5 и выходной сигнал достигает уровня 0,5)