1.2. Классификация ЦАП осуществлена по признакам структурного построения и приведена на рис. 3. В структуре ЦАП (рис. 4) можно выделить: один либо несколько эталонных источников тока или напряжения, узел электронных переключателей, управляемых входными сигналами, матрицу резисторов и суммирующий усилитель А. Матрица резисторов может состоять из резисторов с сопротивлениями, соответствующими позициям (удельному весу разрядов) входного кода, т. н. матрица позиционных резисторов, или из резисторов только с двумя значениями сопротивлений (так называемая матрица типа R/2R).
На рис. 5 представлена структурная схема полупроводниковой КМОП-интегральной схемы четырехразрядного ЦАП. Резисторная матрица содержит прецизионные резисторы с двумя значениями сопротивлений - R и 2R. Характерной чертой матрицы R/2R является то, что сопротивление части матрицы резисторов, лежащей ниже любого узла, всегда равно 2R. В случае появления I в высшем разряде резистор будет подключен к источнику опорного напряжения (микросхема DA1) и вместе с частью матрицы, лежащей ниже верхнего узла, составит делитель напряжения с соотношением 1:2. Вследствии этого на неинвертирующем входе сумматора DA2 появится напряжение 1/2V1 (V1 - опорное напряжение определяемое стабилитроном VD1). Для других, т. е. менее весомых разрядов цепь R/2R с каждым разом составляется все более длинной цепочкой делителей напряжения. Произведя упрощение цепи для каждого последующего разряда входного сигнала, можно легко показать, что на неинвертирующем входе сумматора DA2 им соответствуют напряжения 1/4V1, 1/8V1, 1/16V1. В соответствии с принципами построения системы, когда несколько разрядов одновременно примут значение 1, на вход DA2 подается сумма напряжений, соответствующая отдельным разрядам. Вследствии этого выходное напряжение в общем случае составит
В последней форме уравнения наглядно проявляется зависимость выходного напряжения ЦАП от расположения единиц во входном сигнале с учетом удельного веса отдельных разрядов.
Токовые ключи, предназначенные для коммутации элементов резистивной матрицы, должны иметь высокое быстродействие и не вносить заметных погрешностей в разрядные токи. Ключи для ЦАП строятся обычно на биполярных транзисторах и диодах или на КМДП-транзисторах, характеризующихся малым потреблением энергии. На рис.6 приведена схема включения 12-тиразрядного ЦАП К572ПА2 с операционным усилителем DA на выходе. Напряжение на выходе ОУ пропорционально входному коду и соответствует указанному в последнем уравнении. Опорное напряжение составляет 10,2 В. По входам ЦАП согласован с ТТЛ микросхемами. Выходное напряжение однополярное. Это позволяет использовать схему рис. 6 как двухквадрантный преобразователь (при изменении знака опорного напряжения). Наличие в составе микросхемы двух регистров памяти позволяет осуществлять промежуточное запоминание информации.
1.3. Аналого-цифровые преобразователи позволяют осуществить переход от информации в аналоговой форме к информации в цифровой форме. В АЦП происходит квантование входного напряжения на конечное число дискретных уровней. Наибольшее распространение получили три основных метода: последовательного счета, поразрядного кодирования и считывания.
Метод последовательного счета основан на уравновешивании входной величины суммой одинаковых и минимальных по величине эталонов. Момент уравновешивания определяется с помощью одного сравнивающего устройства, а количество эталонов, уравновешивающих входную величину, подсчитывается с помощью счетчика.
Метод поразрядного кодирования (уравновешивания) предусматривает наличие нескольких эталонов, обычно пропорциональных по величине степеням числа 2, и сравнение этих эталонов с аналоговой величиной. Сравнение начинается с эталона старшего разряда. В зависимости от результата этого сравнения формируется значение старшего разряда выходного кода. Если эталон больше входной величины, то в старшем разряде ставится 0 и далее производится уравновешивание входной величины следующим по значению эталоном. Если эталон равен или меньше входной величины, то в старшем разряде выходного кода ставится 1 и в дальнейшем производится уравновешивание разности между входной величиной и первым эталоном.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.