Цифро-аналоговые преобразователи. Дифференциальная нелинейность. Разрешающая способность, определяемая числом разрядов N

5.6.1. Цифро-аналоговые преобразователи

Вес виды ЦЛП можно условно разделить па две группы: с прс? дпзпонными резистивпыми матрицами, безматричные ЦЛП. В первой группе по способу формирования сигнала различают три типа схем: с суммированием токов, с делением напряжения, с суммированием напряжения (рис. 5.128); однако в микроэлсктроппо.ч исполнении применяются структуры только первых двух типов.

Из микросхем второй группы можно назвать два типа ЦАП: с активными делителями тока и стохастические (рис. 5.129, а, б); обе группы ЦЛП обладают достоинствами и недостатками, влияющими на характеристики прибора.

Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом разрядов N. Теоретически ЦЛП, преобразующий N-разрядные двоичные коды, должен обеспечить 2 различных значений выходного сигнала с разрешающей способностью (2^N—I)"¹. Абсолютное значение минимального выходного кванта напряжения определяется как предельным принимаемым числом 2—1, так и максимальным выходным напряжением ЦАП, называемым напряжением шкалы Uniu. Так, при 12 разрядах число независимых квантов (ступенек) выходного напряжения ЦАП составляет 2¹²—1 = — 0,02-45 %• Выбранное с помощью опорного источника напряжение шкалы bV'K—10 13, разделенное на это число квантов, дает абсолютную разрешающую способность ЦАП: бшк = и_Шк/(2—1) = 10³мВ/ (2<²— 1) -2,45 мВ.

Отличие реального значения разрешающей способности от теоретического обусловлено погрешностями узлов и шумами ЦАП. Точность ЦАП определяется значениями абсолютной погрешности прибора, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Абсолют-пая погрешность бшк представляет отклонение значения выходного напряжения (тока) от номинального расчетного, соответствующего конечной точке характеристики преобразования (рис. 5.129, о). Абсолютная погрешность обычно измеряется в единицах младшего значащего разряда (МЗР). Нелинейность прибора 6_л характеризует идентичность  .минимальных  приращений выходного сигнала  во всем диапазоне преобразования и определяется как наибольшее отклонение выходного сигнала от прямой линии абсолютной точности, про-ведешюй через нуль и точку максимального значения выходного сиг-пала. Значение нелинейности не должно превышать ±0,5 единицы МЗР.

Дифференциальная нелинейность 6\_1Д,. ь характеризует идентичность соседних приращении сигнала. Пс определяют как минимальную разность погрешности нелинейности двух соседних квантов в выходном сигнале. Значение дифференциальной нелинейности не должно превышать удвоенное значение погрешности нелинейности. Если значение б_л д„ф больше единицы МЗР, то преобразователь считается немонотонным, т. е. ня его выходе выходной сигнал не может наращиваться равномерно при равномерном возрастании входного кэда. Немонотонность г, некоторых квантах дает уменьшение выходного сигнала при нарастании входного кода.

Из динамических параметров наиболее существенными являются время установления выходного напряжения или тока и максимальная частота преобразования. Время установления ty_CT — интервал нреме-Ш1 от подачI! сходного кода до вхождения выходного сигнала в заданные пределы. Максимальная частота преобразования f_npr> — наибольшая частота дискретизации, при которой параметры ЦАП соответствуют заданным значениям. Работа ЦАП часто сопровождается специфическими переходными импульсами, которые представляют собой острие пики большой амплитуды в выходном сигнале, возникающие из-за разнести времен открывания и закрывания апялогчиыч ключей с ЦАП. Особенно пыбросы проявляются, когда пместо пуля в старшем значащем разряде и единиц в младших разряда:, кола поступает единп-л г. аяршт": значащий разряд (СЗР) и код '<п^гс пули* is МЗР. Например, если входной код 011...I 11 сменяется кодом 10...000, я : ,'iKii) старшею ЦЛП открывается позже, чем закрываются ключе младших, то приращение выхочпого сигнала нсего на О"!пт каапт momoi  соипопождаться импульсом с амплитудой 0,5и_а;к. /Длителыюсть этого пика будет соответствовать запаздыванию смены состояния ключей.

В настоящее время в зависимости от значении параметров выделяют прецизионные и быстродействующие ЦАП. Прецизионные ЦАП имеют 6_л=^0,1 %, а быстродействующие