Ministarstvo obrazovanja i nauke Ukrajine
Nacionalna pomorska akademija u Odesi
Katedra za pomorsku elektroniku
na disciplini "Sistemi prikupljanja i obrade telemetrijskih informacija"
"Digitalno-analogni pretvarači"
Završeno:
postaviti FEM i RE
grupa 3131
Strukov S.M.
Provjereno: Art. nastavnik
Kudelkin I.N.
Odesa - 2007
1. Uvod
2. Opće informacije
3. Serijski DAC-ovi
4. Paralelni DAC-ovi
5. Primjena DAC-a
6. DAC parametri
7. Spisak korišćene literature
UVOD
Posljednje decenije uzrokovane su raširenim uvođenjem mikroelektronike i kompjuterske tehnologije u nacionalnu ekonomiju, razmjenu informacija sa kojima se obezbjeđuje linearnim analognim i digitalnim pretvaračima (ADC i DAC).
Modernu pozornicu karakterišu velika i veoma velika integrisana kola DAC i ADC sa visokim radnim parametrima: brzina, male greške, višebitni kapacitet. Uključivanje LSI DAC-a i ADC-a u jednu, funkcionalno zaokruženu jedinicu uvelike je pojednostavilo njihovu implementaciju u uređaje i instalacije koji se koriste kako u naučnim istraživanjima tako i u industriji i omogućilo brzu razmjenu informacija između analognih i digitalnih uređaja.
Opće informacije
Digitalno-analogni pretvarač (DAC) je dizajniran da pretvori broj, obično definiran u obliku binarnog koda, u napon ili struju proporcionalnu vrijednosti digitalnog koda. Sklopovi digitalno-analognih pretvarača su vrlo raznoliki. Na sl. 1 prikazuje klasifikacionu šemu DAC-a prema karakteristikama kola. Osim toga, IC-ovi digitalno-analognih pretvarača se klasificiraju prema sljedećim kriterijima:
o Po vrsti izlaznog signala: sa strujnim izlazom i naponskim izlazom.
o Po vrsti digitalnog interfejsa: sa serijskim ulazom i sa paralelnim unosom koda za unos.
o Po broju DAC-ova na čipu: jednokanalni i višekanalni.
o Po brzini: umjerena i velika brzina.
Rice. 1. DAC klasifikacija
SERIAL DAC
PWM DAC
Vrlo često je DAC dio mikroprocesorskih sistema. U ovom slučaju, ako velika brzina nije potrebna, digitalno-analogna konverzija se može vrlo lako postići korištenjem modulacije širine impulsa (PWM). PWM DAC kolo je prikazano na Sl. 1a.
Rice. 1. DAC sa modulacijom širine impulsa
Digitalno-analogna konverzija je najlakše organizirana ako mikrokontroler ima ugrađenu funkciju konverzije širine impulsa (na primjer, AT90S8515 od Atmela ili 87C51GB od Intela). PWM izlaz pokreće ključ S... U zavisnosti od specificiranog bita konverzije (za kontroler AT90S8515, mogući su 8, 9 i 10-bitni režimi), kontroler, koristeći svoj tajmer / brojač, generiše niz impulsa, čije je relativno trajanje g = t i / T određuje se omjerom
gdje N- konverzija bitova, i D- konvertovani kod. Niskopropusni filter izglađuje impulse naglašavajući prosječnu vrijednost napona. Kao rezultat toga, izlazni napon pretvarača
Razmatrano kolo pruža gotovo savršenu linearnost konverzije, ne sadrži precizne elemente (sa izuzetkom izvora referentnog napona). Njegov glavni nedostatak su niske performanse.
Preklopljeni kondenzator serijski DAC
Gornji PWM DAC sklop prvo pretvara digitalni kod u vremenski interval, koji se formira korištenjem binarnog brojača kvant po kvant, da bi se dobio N-potrebna konverzija bitova 2 N vremenski kvanti (tikovi). Serijsko DAC kolo prikazano na sl. 2, omogućava vam da izvršite digitalno-analognu konverziju u značajno manjem broju taktova.
U ovom kolu, kapaciteti kondenzatora WITH 1 i WITH 2 su jednake. Prije početka ciklusa konverzije, kondenzator WITH 2 ispražnjen ključem S 4 . Ulazna binarna riječ je specificirana kao sekvencijalni kod. Njegova konverzija se vrši sekvencijalno, počevši od najmanje značajnog bita d 0. Svaka transformatorska šipka se sastoji od dva polutraka. U prvoj polovini ciklusa, kondenzator WITH 1 se puni na referentni napon U op at d 0 = 1 zatvaranjem ključa S 1 ili pražnjenja na nulu na d 0 = 0 zatvaranjem ključa S 2. U drugoj polovini ciklusa sa otvorenim ključevima S 1 ,S 2 i S 4 ključ se zatvara S 3, što uzrokuje da se naboj podijeli na pola WITH 1 i WITH 2. Kao rezultat, dobijamo
U 1 (0)=U out (0) = ( d 0 /2)U op
Dok je na kondenzatoru WITH 2 naelektrisanje je očuvano, postupak punjenja kondenzatora WITH 1 se mora ponoviti za sljedeće pražnjenje d 1 ulazna riječ. Nakon novog ciklusa punjenja, napon na kondenzatorima će biti
Konverzija se vrši na isti način za ostale cifre riječi. Kao rezultat toga, za N-bit DAC izlazni napon će biti jednak
Ako je potrebno sačuvati rezultat konverzije na bilo koji vremenski period, UVC bi trebao biti spojen na izlaz kola. Nakon završetka ciklusa konverzije, treba izvršiti ciklus uzorkovanja, UVC treba staviti u režim skladištenja i ponovo započeti konverziju.
Dakle, predstavljeno kolo vrši transformaciju ulaznog koda u 2 N quanta, što je znatno manje od DAC-a sa PWM-om. Ovdje su potrebna samo dva usklađena mala kondenzatora. Konfiguracija analognog dijela kola ne ovisi o širini bita konvertovanog koda. Međutim, u pogledu brzine, serijski DAC je znatno inferiorniji od paralelnih digitalno-analognih pretvarača, što ograničava njegov opseg.
Većina paralelnih DAC-ova zasniva se na zbrajanju struja, od kojih je jačina svake proporcionalna težini digitalnog bita, a treba sabrati samo struje bita sa vrijednostima jednakim 1. Pretpostavimo, na primjer, da želite pretvoriti binarni četverobitni kod u analogni strujni signal. Za četvrtu, najznačajniju cifru (SZR), težina će biti jednaka 2 3 = 8, za treću cifru - 2 2 = 4, za drugu - 2 1 = 2 i za najmanje značajnu (LSD) - 2 0 = 1. Ako je težina MWR I MZR = 1 mA, tada je I SZR = 8 mA, a maksimalna izlazna struja pretvarača I out max = 15 mA i odgovara kodu 1111 2. Jasno je da će kod 1001 2, na primjer, odgovarati I out = 9 mA, itd. Stoga je potrebno izgraditi kolo koje obezbjeđuje generiranje i preklapanje prema datim zakonima točnih težinskih struja. Najjednostavniji sklop koji implementira ovaj princip prikazan je na Sl. 3.
Otpori otpornika su odabrani tako da kada su ključevi zatvoreni, kroz njih teče struja koja odgovara težini pražnjenja. Ključ se mora zatvoriti kada je odgovarajući bit ulazne riječi jednak jedan. Izlazna struja je određena omjerom
Sa velikim kapacitetom cifara DAC-a, otpornici za podešavanje struje moraju biti usklađeni sa velikom preciznošću. Najstroži zahtjevi za preciznošću nameću se otpornicima visokog reda, budući da širenje struja u njima ne smije prelaziti struju pražnjenja nižeg reda. Stoga bi širenje otpora u k-tom pražnjenju trebalo biti manje od
Iz ovog uvjeta slijedi da širenje otpora otpornika, na primjer, u četvrtoj znamenki ne bi trebalo da prelazi 3%, au 10. znamenki - 0,05% itd.
Razmatrana shema, uz svu svoju jednostavnost, ima čitav niz nedostataka. Prvo, s različitim ulaznim kodovima, struja koja se troši iz izvora referentnog napona (RV) bit će različita, a to će utjecati na vrijednost izlaznog napona RV. Drugo, vrijednosti otpora ponderiranih otpornika mogu se razlikovati hiljadama puta, a to otežava implementaciju ovih otpornika u poluvodičke IC-ove. Osim toga, otpor otpornika visokog reda u višebitnim DAC-ovima može biti srazmjeran otporu zatvorenog prekidača, a to će dovesti do greške konverzije. Treće, u ovom krugu se na otvorene prekidače primjenjuje značajan napon, što otežava njihovu konstrukciju.
Ovi nedostaci su eliminisani u AD7520 DAC kolu (domaći analog 572PA1), koji je razvio Analog Devices 1973. godine, koji je sada u suštini industrijski standard (mnogi serijski DAC modeli su zasnovani na njemu). Označena šema je prikazana na sl. 4. MOS tranzistori se ovdje koriste kao ključevi.
Rice. 4. DAC kolo sa prekidačima i matricom konstantne impedancije
U ovoj shemi, podešavanje težinskih koeficijenata koraka pretvarača se vrši sekvencijalnim dijeljenjem referentnog napona korištenjem otporne matrice konstantne impedancije. Glavni element takve matrice je djelitelj napona (slika 5), koji mora zadovoljiti sljedeći uvjet: ako je opterećen otporom R n, tada njegov ulazni otpor R ulaz također mora imati vrijednost R n. Koeficijent slabljenja lanca a = U 2 / U 1 pri ovom opterećenju mora imati zadatu vrijednost. Kada su ovi uslovi ispunjeni, dobijamo sledeće izraze za otpore:
Sa binarnim kodiranjem, a = 0,5. Ako stavimo R n = 2R, onda je R s = R i R p = 2R u skladu sa slikom 4.
Budući da u bilo kojem položaju prekidača S k povezuju donje terminale otpornika na zajedničku sabirnicu kola, izvor referentnog napona se opterećuje na konstantnom ulaznom otporu R in = R. Ovo osigurava da referentni napon ostane konstantan za bilo koji DAC ulazni kod.
Prema sl. 4, izlazne struje kola su određene omjerima
i ulaznu struju
Budući da su donji terminali otpornika 2R matrice za bilo koje stanje prekidača S k povezani na zajedničku sabirnicu kola preko malog otpora zatvorenih ključeva, naponi na ključevima su uvijek mali, unutar nekoliko milivolti. . Ovo pojednostavljuje konstrukciju prekidača i upravljačkih kola i omogućava upotrebu referentnog napona iz širokog raspona, uključujući i one različitog polariteta. Pošto izlazna struja DAC linearno zavisi od U op (vidi (8)), pretvarači ovog tipa mogu se koristiti za množenje analognog signala (dovodeći ga na ulaz referentnog napona) digitalnim kodom. Takvi DAC-ovi se nazivaju množeći DAC-ovi (MDAC).
Preciznost ovog kola je smanjena činjenicom da je za DAC-ove sa velikim kapacitetom bita potrebno uskladiti otpore R 0 prekidača sa strujama pražnjenja. Ovo je posebno važno za ključeve visokog reda. Na primjer, u 10-bitnom AD7520 DAC-u, ključni MOSFET-ovi šest najznačajnijih bitova su napravljeni različitim po površini i njihov otpor R 0 raste prema binarnom kodu (20, 40, 80,:, 640 Ohm). Na ovaj način se izjednačavaju padovi napona na ključevima prvih šest cifara (do 10 mV), što osigurava monotoniju i linearnost DAC prelaznog odziva. 12-bitni DAC 572PA2 ima diferencijalnu nelinearnost do 0,025% (1 LSB).
DAC-ovi na MOS ključevima imaju relativno malu brzinu zbog velikog ulaznog kapaciteta MOS ključeva. Isti 572PA2 ima vrijeme poravnanja izlazne struje pri promjeni ulaznog koda od 000 ... 0 do 111 ... 1, jednako 15 μs. 12-bitni Burr-Braun DAC7611 ima izlazno vrijeme poravnanja od 10 µs. Istovremeno, DAC-ovi bazirani na MOS prekidačima imaju minimalnu potrošnju energije. Isti DAC7611 troši samo 2,5 mW. Nedavno su se pojavili modeli DAC-a tipa o kojem je gore raspravljano sa većom brzinom. Na primjer, 12-bitni AD7943 ima vrijeme poravnanja od 0,6 μs i potrošnju energije od samo 25 μW. Niska intrinzična potrošnja omogućava da se takvi mikropower DAC-ovi napajaju direktno iz izvora referentnog napona. Istovremeno, možda nemaju čak ni pin za povezivanje ION-a, na primjer, AD5321.
DAC na strujnim izvorima
DAC-ovi na strujnim izvorima imaju veću preciznost. Za razliku od prethodne verzije, u kojoj se struje težine formiraju od relativno malih otpornika i kao rezultat toga ovise o otporu prekidača i opterećenja, u ovom slučaju struje težine osiguravaju izvori struje tranzistora s visokim dinamičkim otporom. Pojednostavljeno kolo DAC bazirano na izvorima struje prikazano je na Sl. 6.
Rice. 6. DAC kolo na strujnim izvorima
Težinske struje se generiraju pomoću otporne matrice. Bazni potencijali tranzistora su isti, a kako bi potencijali emitera svih tranzistora bili jednaki, površine njihovih emitera su različite u skladu sa težinskim koeficijentima. Desni matrični otpornik nije spojen na zajedničku magistralu, kao na dijagramu na sl. 4, i na dva paralelno povezana identična tranzistora VT 0 i VT n, zbog čega je struja kroz VT 0 jednaka polovini struje kroz VT 1. Ulazni napon za otpornu matricu kreira se pomoću referentnog tranzistora VT op i operacionog pojačala OU1, čiji je izlazni napon podešen tako da struja kolektora tranzistora VT op poprima vrijednost I op. Izlazna struja za N-bitni DAC
Tipični primjeri DAC-ova na strujnim prekidačima sa bipolarnim tranzistorima kao prekidačima su 12-bitni 594PA1 sa vremenom sređivanja od 3,5 μs i greškom linearnosti ne većom od 0,012% i 12-bitni AD565, koji ima vrijeme poravnanja od 0,2 μs sa istom greškom linearnosti. AD668 je još brži sa vremenom poravnanja od 90 ns i istom greškom linearnosti. Noviji dizajni uključuju 14-bitni AD9764 sa vremenom poravnanja od 35 ns i greškom linearnosti ne većom od 0,01%. Bipolarni diferencijalni stupnjevi, u kojima tranzistori rade u aktivnom režimu, često se koriste kao prekidači za struju S k. Ovo omogućava da se vrijeme taloženja smanji na nekoliko nanosekundi. Krug strujnog prekidača na diferencijalnim pojačavačima prikazan je na sl. 7.
Diferencijalni stepeni VT 1 -VT 3 i VT "1 -VT" 3 su formirani od standardnih ECL ventila. Struja I k koja teče kroz kolektorski terminal sljedbenika izlaznog emitera je izlazna struja ćelije. Ako se na digitalni ulaz D k dovede visoki napon, tada se tranzistor VT 3 otvara, a tranzistor VT "3 zatvara. Izlazna struja je određena izrazom
Preciznost se značajno povećava ako se otpornik R e zamijeni izvorom konstantne struje, kao u kolu na sl. 6. Zbog simetrije kola moguće je generirati dvije izlazne struje - direktnu i inverznu. Najbrži modeli ovakvih DAC-ova imaju ECL ulazne nivoe. Primjer je 12-bitni MAX555, koji ima vrijeme poravnanja od 4 ns do 0,1%. Budući da izlazni signali takvih DAC-ova hvataju opseg radio frekvencija, oni imaju izlaznu impedanciju od 50 ili 75 oma, koja mora biti usklađena s karakterističnom impedancijom kabela spojenog na izlaz pretvarača.
DAC APPLICATION
Upotreba digitalno-analognih pretvarača ne odnosi se samo na polje kodno-analogne konverzije. Koristeći njihova svojstva, možete odrediti proizvode dva ili više signala, izgraditi razdjelnike funkcija, analogne veze kontrolirane iz mikrokontrolera, kao što su atenuatori, integratori. Generatori signala, uključujući proizvoljne valne oblike, također su važno područje primjene DAC-a. Neki od sklopova za obradu signala koji uključuju D/A pretvarače su razmotreni u nastavku.
Rukovanje potpisanim brojevima
Do sada su se pri opisivanju digitalno-analognih pretvarača ulazne digitalne informacije predstavljale u obliku prirodnih brojeva (unipolarnih). Rukovanje cijelim brojevima (bipolarno) ima određene posebnosti. Obično su binarni cijeli brojevi predstavljeni pomoću koda komplementa dva. Na ovaj način, koristeći osam cifara, možete predstaviti brojeve u rasponu od -128 do +127. Prilikom unosa brojeva u DAC, ovaj raspon brojeva se pomiče na 0 ... 255 dodavanjem 128. Brojevi veći od 128 smatraju se pozitivnim, a brojevi manji od 128 negativnim. Prosjek 128 odgovara nuli. Ova reprezentacija potpisanih brojeva naziva se ofset kod. Dodavanje broja koji je polovina pune skale date dubine bita (u našem primjeru je 128) može se lako izvesti invertiranjem najznačajnijeg (predznačnog) bita. Korespondencija razmatranih kodova je ilustrovana u tabeli. jedan.
Tabela 1
Odnos digitalnih i analognih vrijednosti
Da biste dobili ispravan signirani izlazni signal, morate pomaknuti unazad oduzimanjem struje ili napona koji je polovina skale pretvarača. To se može učiniti na različite načine za različite vrste DAC-ova. Na primjer, u DAC-u zasnovanom na izvorima struje, opseg varijacije referentnog napona je ograničen, a izlazni napon ima polaritet suprotan od referentnog napona. U ovom slučaju, bipolarni režim se najlakše implementira povezivanjem dodatnog otpornika za pristrasnost R cm između DAC izlaza i ulaza referentnog napona (slika 8a). Otpornik R cm je napravljen na IC čipu. Njegov otpor je odabran tako da struja I cm bude polovina maksimalne vrijednosti izlazne struje DAC-a.
U principu, problem pristranosti izlazne struje može se riješiti na sličan način za DAC baziran na MOS prekidačima. Da biste to učinili, trebate invertirati referentni napon, a zatim formirati struju pristranosti od -U op, koju treba oduzeti od izlazne struje DAC-a. Međutim, da bi se održala termička stabilnost, najbolje je osigurati generiranje struje prednapona direktno u DAC-u. Da biste to učinili, krug na sl. 8a, uvodi se drugo operaciono pojačalo i drugi DAC izlaz je povezan na ulaz ovog op-pojačala (slika 8b).
DAC druga izlazna struja,
Na ulazu OU1, struja I "out se sumira sa strujom I mr, koja odgovara jedinici najmanjeg značajnog bita ulaznog koda.
Ukupna struja je invertirana. Struja koja teče kroz povratni otpornik R OS OS2 je
Or 
At 
i na 
U slučaju N = 8, do faktora 2, to se poklapa sa podacima u tabeli. 6, uzimajući u obzir činjenicu da je za pretvarač na MOS prekidačima maksimalna izlazna struja
.
Ako su otpornici R 2 dobro usklađeni u otporu, tada apsolutna promjena njihove vrijednosti s temperaturnim fluktuacijama ne utječe na izlazni napon kruga.
U digitalno-analognim pretvaračima sa izlaznim signalom u obliku napona, izgrađenim na inverznoj otpornoj matrici (vidi sliku 9), lakše je implementirati bipolarni način rada (slika 8c). Tipično, takvi DAC-ovi sadrže izlazno bafer pojačalo na čipu. Za rad DAC-a u unipolarnoj vezi, slobodni izlaz donjeg otpornika R prema shemi nije spojen ili spojen na zajedničku točku kruga kako bi se udvostručio izlazni napon. Za bipolarni rad, slobodni terminal ovog otpornika je povezan na ulaz referentnog napona DAC-a. U ovom slučaju, op-pojačalo radi u diferencijalnoj vezi i svom izlaznom naponu
Kao što je već spomenuto, DAC pretvarači na MOS prekidačima dozvoljavaju promjenu referentnog napona u širokom rasponu, uključujući promjenu polariteta. Izlazni napon DAC-a je proporcionalan proizvodu referentnog napona i ulaznog digitalnog koda. Ova okolnost omogućava direktnu upotrebu ovakvih DAC-ova za množenje analognog signala digitalnim kodom.
Kada je DAC unipolarni, izlazni signal je proporcionalan proizvodu bipolarnog analognog signala unipolarnim digitalnim kodom. Takav množitelj se naziva dvokvadrant. Kada je DAC bipolarni (sl. 8b i 8c), izlazni signal je proporcionalan proizvodu bipolarnog analognog signala bipolarnim digitalnim kodom. Ovo kolo može raditi kao množitelj od četiri kvadranta.
Podjela ulaznog napona digitalnom skalom M D = D / 2 N vrši se pomoću dvokvadrantnog razdjelnog kola (slika 9).
Na dijagramu na sl. 9a, pretvarač na MOS prekidačima sa strujnim izlazom radi kao pretvarač napona u struju kontroliran D kodom i uključen u OA povratno kolo. Ulazni napon se primjenjuje na slobodni terminal DAC povratnog otpornika koji se nalazi na IC čipu.
U ovom kolu, izlazna struja DAC je
,
što pod uslovom R o = R daje
.
Treba napomenuti da kada je kod "sve nule", povratna informacija se otvara. Ovaj način rada se može spriječiti ili programskim zabranom takvog koda, ili povezivanjem otpornika sa otporom jednakim R · 2 N + 1 između izlaza i invertnog ulaza op-pojačala.
Razdjelno kolo bazirano na DAC-u s izlazom u obliku napona, izgrađeno na inverznoj otpornoj matrici i uključuje bafersko op-amp, prikazano je na Sl. 9b. Izlazni i ulazni naponi ovog kola povezani su jednadžbom
ovo implicira 
.
U ovom krugu, pojačalo je pokriveno i pozitivnim i negativnim povratnim informacijama. Za prevalenciju negativne povratne sprege (u suprotnom će se op-pojačalo pretvoriti u komparator), uvjet D<2 N-1 или M D <1/2. Это ограничивает значение входного кода нижней половиной шкалы.
DAC PARAMETRI
Uz sekvencijalno povećanje vrijednosti ulaznog digitalnog signala D (t) od 0 do 2 N -1 kroz jedinicu najmanjeg značajnog bita (EMP), izlazni signal U out (t) formira stepenastu krivulju. Ova zavisnost se obično naziva konverzijska karakteristika DAC-a. U nedostatku hardverskih grešaka, sredine stepenica se nalaze na idealnoj pravoj liniji 1 (slika 10), koja odgovara idealnoj transformacionoj karakteristici. Stvarna transformaciona karakteristika može se značajno razlikovati od idealne po veličini i obliku stepenica, kao i lokaciji na koordinatnoj ravni. Postoji niz parametara za kvantifikaciju ovih razlika.
Rice. 10 Statička karakteristika DAC konverzije
Statički parametri
Rezolucija - povećanje U out prilikom pretvaranja susjednih vrijednosti D j, tj. razlikuju se od EMP-a. Ovaj inkrement je korak kvantizacije. Za binarne konverzijske kodove, nominalna vrijednost koraka kvantizacije je h = U psh / (2 N -1), gdje je U psh nominalni maksimalni izlazni napon DAC-a (napon pune skale), N je širina bita DAC. Što je veći kapacitet cifara pretvarača, veća je njegova rezolucija. Preciznost pune skale je relativna razlika između stvarne i idealne vrijednosti granice skale konverzije u odsustvu pomaka nule.
.
To je multiplikativna komponenta ukupne greške. Ponekad je naznačeno odgovarajućim EMP brojem.
Greška pomaka nule - U izlazna vrijednost kada je ulazni kod DAC nula. To je aditivna komponenta ukupne greške. Obično je naznačeno u milivoltima ili kao postotak pune skale:
.
Nelinearnost je maksimalno odstupanje stvarnih karakteristika konverzije U out (D) od optimalne (linija 2 na sl. 10). Optimalna karakteristika se pronalazi empirijski kako bi se minimizirala vrijednost greške nelinearnosti. Nelinearnost se obično definiše u relativnim jedinicama, ali je u referentnim podacima data i u EMP-u. Za karakteristiku prikazanu na sl. 10
.
Diferencijalna nelinearnost je maksimalna promjena (uzimajući u obzir predznak) odstupanja realne transformacijske karakteristike U out (D) od optimalne pri prelasku s jedne vrijednosti ulaznog koda na drugu susjednu vrijednost. Obično se definira u relativnim jedinicama ili u EMP. Za karakteristiku prikazanu na sl. 10,
.
Monotoničnost karakteristika konverzije - povećanje (smanjenje) izlaznog napona DAC-a U out sa povećanjem (smanjenjem) ulaznog koda D. Ako je diferencijalna nelinearnost veća od relativnog koraka kvantizacije h / U psh, tada karakteristika pretvarača je nemonotonična.
Termičku nestabilnost digitalno-analognog pretvarača karakterišu temperaturni koeficijenti greške pune skale i greške pomaka nule.
Greške pune skale i nulte greške mogu se eliminisati kalibracijom (trim). Greške nelinearnosti se ne mogu eliminisati jednostavnim sredstvima.
Dinamički parametri DAC-a određeni su promjenom izlaznog signala sa skokom promjene ulaznog koda, obično sa vrijednosti "sve nule" na "sve jedinice" (slika 11).
Rice. 11. DAC prelazni odziv
Vrijeme poravnanja je vremenski interval od trenutka promjene ulaznog koda (na slici 11 t = 0) do trenutka kada je jednakost posljednji put ispunjena
| U out -U psh | = d / 2,
gdje d/2 obično odgovara EMP.
Brzina napona je maksimalna brzina promjene U out (t) tokom prelaznog procesa. Definiše se kao omjer inkrementa DU out i vremena Dt tokom kojeg je došlo do ovog povećanja. Obično je navedeno u podatkovnoj tablici za DAC sa izlaznim naponom. Za DAC sa strujnim izlazom, ovaj parametar u velikoj mjeri ovisi o vrsti izlaznog op-pojačala.
Za množenje DAC-ova sa izlaznim naponom, često se specificiraju jedinstvena frekvencija pojačanja i propusni opseg snage, koji su uglavnom određeni svojstvima izlaznog pojačala.
SPISAK KORIŠĆENE LITERATURE
1. Federkov BG, Taurus VA, DAC i ADC mikrokola: rad, parametri, primjena. M.: Energoizdat, 1990. –320 str.
2. Valakh VV, Grigoriev VF, Brzi ADC za mjerenje oblika slučajnih signala M.: Instrumenti i eksperimentalne tehnike. 1987. br. 4 str.86-90
3. Integrisana kola velike brzine DAC i ADC i merenje njihovih parametara. Uredio Marcinkyavuches. M.: Radio i komunikacija. 1988 -224. ©
Digitalno-analogni pretvarači (DAC) - dizajniran za pretvaranje digitalnih signala u analogne. Takva konverzija je neophodna, na primjer, prilikom vraćanja analognog signala, prethodno pretvorenog u digitalni za prijenos na velike udaljenosti ili pohranu (takav signal, posebno, može biti zvuk). Drugi primjer korištenja takve konverzije je dobivanje upravljačkog signala za digitalno upravljanje uređajima, čiji je način rada određen direktno analognim signalom (što se, posebno, događa pri upravljanju motorima).
(xtypo_quote) Glavni parametri DAC-a uključuju rezoluciju, vrijeme poravnanja, grešku nelinearnosti, itd. (/ xtypo_quote)
Rezolucija je recipročna vrijednost maksimalnog broja koraka za kvantizaciju analognog izlaznog signala. Vrijeme smirivanja t set - vremenski interval od primjene koda na ulaz do trenutka kada izlazni signal uđe u specificirane granice, određene greškom. Greška nelinearnosti je maksimalno odstupanje grafika zavisnosti izlaznog napona od napona određenog digitalnim signalom u odnosu na idealnu pravu liniju u čitavom opsegu konverzije.
Kao i oni koji se razmatraju, DAC-ovi su "veza" između analogne i digitalne elektronike. Postoje različiti principi za konstruisanje ADC-a.
DAC kolo sa zbirom težinskih struja
Na sl. 3.88 prikazuje DAC kolo sa zbirom struja težine.
Ključ S 5 je zatvoren samo kada su svi ključevi S 1 ... S 4 otvoreni (sa u out = 0). U 0
- referentni napon. Svaki otpornik u ulaznom kolu odgovara određenom bitu binarnog broja.
Ovaj DAC je u suštini invertujuće pojačalo bazirano na op-amp. Analiza takve šeme nije teška. Dakle, ako je jedan ključ zatvoren
S1, tada je u out = −U 0 R oc / R
što odgovara prvoj i nulama u preostalim znamenkama.
Iz analize kola proizlazi da je modul izlaznog napona proporcionalan broju, čiji je binarni kod određen stanjem ključeva S 1 ... S 4. Struje ključeva S 1 ... S 4 se zbrajaju u tački "a", a struje različitih ključeva su različite (imaju različitu "težinu"). Ovo određuje naziv kola.
Iz navedenog slijedi da je u out = - (U 0 R oc / R) S 1 - (U 0 R oc / (R / 2)) S 2 - - (U 0 R oc / (R / 4)) S 3 - (U 0 R oc / (R / 8)) S 4 = = - (U 0 R oc / R) (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)
gdje S i, i = 1, 2, 3, 4 poprima vrijednost 1 ako je odgovarajući ključ zatvoren, a 0 ako je ključ otvoren.
Stanje ključeva je određeno ulaznim transformiranim kodom. Krug je jednostavan, ali ima nedostatke: značajne promjene napona na tipkama i korištenje otpornika s vrlo različitim otporima. Teško je osigurati potrebnu tačnost ovih otpora.
DAC baziran na otpornoj matrici R - 2R
Razmotrimo DAC baziran na otpornoj matrici R - 2R (matrica konstantnog otpora) (slika 3.89). 
Kolo koristi takozvane preklopne ključeve S 1 ... S 4, od kojih je svaki u jednom od stanja spojen na zajedničku tačku, pa su naponi na ključevima niski. Ključ S 5 je zatvoren samo kada su svi ključevi S 1 ... S 4 povezani na zajedničku tačku. Ulazni krug koristi otpornike sa samo dvije različite vrijednosti otpora.
Iz analize kruga možete vidjeti da je za njega modul izlaznog napona proporcionalan broju, čiji je binarni kod određen stanjem ključeva S 1 ... S 4. Analizu je lako izvesti s obzirom na sljedeće. Neka je svaki od ključeva S 1 ... S 4 spojen na zajedničku tačku. Tada je, kao što je lako vidjeti, napon u odnosu na zajedničku tačku u svakoj narednoj tački "a" ... "d" 2 puta veći nego u prethodnoj. Na primjer, napon u tački "b" je 2 puta veći nego u tački "a" (naponi U a, U b, U c i U d u ovim tačkama se određuju na sljedeći način:
Pretpostavimo da se stanje navedenih ključeva promijenilo. Tada se naponi u tačkama "a" ... "d" neće promijeniti, jer je napon između ulaza operativnog pojačala praktički jednak nuli.
Iz navedenog proizilazi da:
u out = - (U 0 R oc / 2R) S 4 - ((U 0/2) R oc / 2R) S 3 - ((U 0/4) R oc / 2R) S 2 - (( U 0/ 8) R oc / 2R) S 1 = - (U 0 R oc / 16R) (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)
gdje S i, i = 1, 2, 3, 4 poprima vrijednost 1 ako je odgovarajući ključ zatvoren, a 0 ako je ključ otvoren.
DAC za BCD konverziju
Razmislite o konverziji digitalno-analognog pretvarača (BCD) (slika 3.90).
Posebna matrica R - 2R (označena pravokutnicima) koristi se za predstavljanje svake cifre decimalnog broja. Z 0 ... Z 3 označavaju brojeve određene stanjem ključeva svake matrice R - 2R. Princip rada postaje jasan ako uzmemo u obzir da je otpor svake matrice R, i ako analiziramo fragment kola prikazanog na Sl. 3.91. 
Iz analize proizilazi da
U 2 = U 1 · [(R || 9R) / (8,1R + R || 9R)]
R || 9R = (R 9R) / (R + 9R) = 0,9R
Dakle, U 2 = 0,1 U 1. Imajući ovo na umu, dobijamo
u izlaz = - (U 0 R oc / 16R) 10 −3 (10 3 Z 3 + 10 2 Z 2 + 10 Z 1 + Z 0)
Najčešći su DAC-ovi 572, 594, 1108, 1118 i drugi. 3.2 su dati...
Parametri nekih DAC-ova
Analogno digitalni pretvarač(ADC, engleski analogno-digitalni pretvarač, ADC) - uređaj koji pretvara ulazni analogni signal u diskretni kod (digitalni signal). Reverzna konverzija se vrši pomoću DAC-a (digitalno-analogni pretvarač, DAC).
Tipično, ADC je elektronski uređaj koji pretvara napon u binarni digitalni kod. Međutim, neke neelektronske uređaje s digitalnim izlazom također treba klasificirati kao ADC-ove, kao što su neki tipovi pretvarača ugao-kod. Najjednostavniji jednobitni binarni ADC je komparator.
Dozvola
Rezolucija ADC-a - minimalna promjena vrijednosti analognog signala koji se može konvertirati od strane datog ADC-a - povezana je s njegovim kapacitetom. U slučaju jednog mjerenja bez uzimanja u obzir šuma, rezolucija je direktno određena kapacitetom ADC-a.
Kapacitet ADC-a karakterizira broj diskretnih vrijednosti koje pretvarač može dati na izlaz. U binarnim ADC-ima se mjeri u bitovima, u ternarnim ADC-ima se mjeri u tritama. Na primjer, binarni 8-bitni ADC može proizvesti 256 diskretnih vrijednosti (0 ... 255), budući da je ternarni 8-bitni ADC sposoban proizvesti 6561 diskretnu vrijednost, budući da.
Rezolucija napona jednaka je razlici napona koja odgovara maksimalnom i minimalnom izlaznom kodu podijeljenom sa brojem diskretnih izlaznih vrijednosti. Na primjer:
Ulazni opseg = 0 do 10 volti
Binarni ADC 12 bita: 212 = 4096 nivoa kvantizacije
Binarna rezolucija ADC napona: (10-0) / 4096 = 0,00244 volta = 2,44 mV
Dubina bita ternarnog ADC 12 trit: 312 = 531 441 nivo kvantizacije
Naponska rezolucija ternarnog ADC-a: (10-0) / 531441 = 0,0188 mV = 18,8 μV
Ulazni opseg = -10 do +10 volti
Bit ADC 14 bita: 214 = 16384 nivoa kvantizacije
Binarna rezolucija ADC napona: (10 - (- 10)) / 16384 = 20/16384 = 0,00122 volta = 1,22 mV
Dubina bita ternarnog ADC 14 trit: 314 = 4 782 969 nivoa kvantizacije
Naponska rezolucija ternarnog ADC-a: (10 - (- 10)) / 4782969 = 0,00418 mV = 4,18 μV
U praksi, rezolucija ADC-a je ograničena odnosom signal-šum ulaznog signala. Sa visokim intenzitetom šuma na ulazu ADC-a, postaje nemoguće razlikovati susedne nivoe ulaznog signala, odnosno rezolucija se pogoršava. U ovom slučaju, stvarno dostižna rezolucija je opisana efektivnim brojem bitova (ENOB), koji je manji od stvarne dubine bita ADC-a. Prilikom pretvaranja visoko šumnog signala, najmanji bitovi izlaznog koda su praktično beskorisni, jer sadrže šum. Da bi se postigla deklarisana širina bita, odnos S/N ulaznog signala treba da bude približno 6 dB za svaki bit dubine bita (6 dB odgovara četvorostrukoj promeni nivoa signala).
Vrste konverzije
Prema metodi koju koriste algoritmi, ADC se dijeli na:
Uzastopno napredno nabrajanje
Sukcesivna aproksimacija
Serijska sigma-delta modulacija
Paralelni jednostepeni
Paralelni dvostepeni ili višestepeni (transporter)
Prijenosna karakteristika ADC-a je ovisnost numeričkog ekvivalenta izlaznog binarnog koda o vrijednosti ulaznog analognog signala. Oni govore o linearnim i nelinearnim ADC-ovima. Ova podjela je uslovna. Obje karakteristike prijenosa su stepenaste. Ali za "linearne" ADC-ove uvijek je moguće nacrtati takvu pravu liniju tako da sve tačke prijenosne karakteristike odgovaraju ulaznim vrijednostima delta * 2 ^ k (gdje je delta korak uzorkovanja, k leži u rasponu 0 ..N, gdje je N širina bita ADC) jednako udaljena od njega.
Preciznost
Postoji nekoliko izvora ADC greške. Greške kvantizacije i (pod pretpostavkom da ADC treba da bude linearan) nelinearnosti su inherentne svakoj A/D konverziji. Osim toga, postoje takozvane greške otvora blende koje su posljedica podrhtavanja generatora takta, pojavljuju se kada se signal konvertuje kao cjelina (a ne samo jedan uzorak).
Ove greške se mjere u jedinicama koje se zovu LSB – bit najmanjeg značaja. U gornjem primjeru 8-bitnog binarnog ADC-a, greška u 1 LSB-u je 1/256 punog opsega signala, odnosno 0,4%, u 5-bitnom ternarnom ADC-u, greška u 1 LSB-u je 1/243 punog opsega signala, odnosno 0,412%, u 8-bitnom ternarnom ADC-u greška u 1 LSM-u je 1/6561, odnosno 0,015%.
ADC tipovi
Sljedeći su glavni načini za izgradnju elektronskih ADC-ova:
ADC direktna konverzija:
Paralelni ADC-ovi sa direktnom konverzijom, potpuno paralelni sa ADC-ovima, sadrže jedan komparator za svaki diskretni ulazni nivo. U svakom trenutku, samo komparatori koji odgovaraju nivoima ispod nivoa ulaznog signala daju višak signala na svom izlazu. Signali iz svih komparatora idu ili direktno u paralelni registar, zatim se kod obrađuje softverski, ili u hardverski logički enkoder koji generiše potreban digitalni kod u hardveru, ovisno o kodu na ulazu kodera. Podaci iz enkodera se zapisuju u paralelni registar. Brzina uzorkovanja paralelnih ADC-a općenito ovisi o hardverskim karakteristikama analognih i logičkih kapija, kao io potrebnoj stopi uzorkovanja.
ADC sa paralelnom direktnom konverzijom su najbrži, ali obično imaju rezoluciju ne veću od 8 bita, jer podrazumijevaju visoke troškove hardvera (komparatori). ADC ovog tipa imaju vrlo veliku veličinu čipa, visoku ulaznu kapacitivnost i mogu proizvesti kratkoročne izlazne greške. Često se koristi za video ili druge visokofrekventne signale, i široko se koristi u industriji za praćenje procesa koji se brzo mijenjaju u realnom vremenu.
Cjevovodni ADC rad se koristi u ADC-ovima s paralelnom u serijsku direktnu konverziju, za razliku od normalnog rada paralelno-serijskih ADC-ova s direktnom konverzijom, u kojima se podaci prenose nakon potpune konverzije, tokom rada cevovoda, podaci o djelomičnoj konverziji se prenose kao čim bude spreman dok se kompletna konverzija ne završi.
Uzastopni aproksimacijski ADC, ili bit-balansirani ADC, sadrži komparator, pomoćni DAC i uzastopni aproksimacijski registar. ADC pretvara analogni signal u digitalni u N koraka, gdje je N kapacitet ADC-a. U svakom koraku se određuje jedan bit željene digitalne vrijednosti, počevši od NWR-a i završavajući sa MWR-om. Slijed radnji za određivanje sljedećeg bita je sljedeći. Pomoćni DAC je postavljen na analognu vrijednost formiranu od bitova koji su već definirani u prethodnim koracima; bit koji treba odrediti u ovom koraku je postavljen na 1, bitovi najmanjeg značaja su postavljeni na 0. Vrijednost dobijena na pomoćnom DAC-u se upoređuje sa ulaznom analognom vrijednošću. Ako je vrijednost ulaznog signala veća od vrijednosti na pomoćnom DAC-u, tada se utvrđeni bit postavlja na 1, u suprotnom na 0. Dakle, određivanje konačne digitalne vrijednosti je poput binarnog pretraživanja. ADC ovog tipa imaju i veliku brzinu i dobru rezoluciju. Međutim, u nedostatku uređaja za pohranu uzoraka, greška će biti mnogo veća (zamislite da nakon digitalizacije najvećeg bita, signal počinje da se mijenja).
ADC diferencijalnog kodiranja (engleski delta-encoded ADC) sadrže reverzni brojač, kod sa kojeg ide na pomoćni DAC. Ulazni signal i signal sa pomoćnog DAC-a se upoređuju na komparatoru. Zbog negativne povratne sprege od komparatora prema brojaču, kod na brojaču se stalno mijenja tako da se signal pomoćnog DAC-a što manje razlikuje od ulaznog signala. Nakon nekog vremena, razlika između signala postaje manja od LSM-a, dok se kod brojača čita kao digitalni izlazni signal ADC-a. ADC-ovi ovog tipa imaju veoma veliki opseg ulaznog signala i visoku rezoluciju, ali vreme konverzije zavisi od ulaznog signala, iako je ograničeno odozgo. U najgorem slučaju, vrijeme konverzije je jednako Tmax = (2q) / fs, gdje je q kapacitet ADC-a, fs je frekvencija generatora brojača takta. ADC-ovi sa diferencijalnim kodiranjem obično su dobar izbor za digitalizaciju signala iz stvarnog svijeta, budući da većina signala u fizičkim sistemima nije sklona skokovima. Neki ADC koriste kombinovani pristup: diferencijalno kodiranje i uzastopna aproksimacija; ovo radi posebno dobro u slučajevima kada se zna da su visokofrekventne komponente u signalu relativno male.
ADC za poređenje rampe (neki ADC ovog tipa se nazivaju integrirajući ADC, također uključuju sekvencijalne ADC) sadrže pilasti generator napona (u sekvencijalnom ADC, generator koraka napona koji se sastoji od brojača i DAC), komparator i brojač vremena. Zupčasti talasni oblik raste linearno od niskog ka visokom, a zatim brzo pada na nisko. Na početku uspona počinje brojač vremena. Kada pilasti signal dostigne ulazni nivo, komparator se aktivira i zaustavlja brojač; vrijednost se očitava sa brojača i prenosi na ADC izlaz. Ovaj tip ADC je najjednostavniji po strukturi i sadrži minimalan broj elemenata. Istovremeno, najjednostavniji ADC ovog tipa imaju prilično nisku tačnost i osjetljivi su na temperaturu i druge vanjske parametre. Zupčasti generator se može izgraditi oko brojača i pomoćnog DAC-a kako bi se povećala tačnost, ali ova struktura nema drugih prednosti u odnosu na ADC za uzastopnu aproksimaciju i diferencijalno kodiranje.
ADC sa balansiranjem naelektrisanja (ovo uključuje ADC sa dvostepenom integracijom, ADC sa višestepenom integracijom i neki drugi) sadrže generator konstantne struje, komparator, strujni integrator, generator takta i brojač impulsa. Transformacija se odvija u dvije faze (dvostepena integracija). U prvom koraku, vrijednost ulaznog napona se pretvara u struju (proporcionalnu ulaznom naponu), koja se dovodi do strujnog integratora, čiji je naboj u početku nula. Ovaj proces traje TN vrijeme, gdje je T period generatora takta, N je konstanta (veliki cijeli broj, određuje vrijeme akumulacije naboja). Nakon ovog vremena, ulaz integratora se odvaja od ADC ulaza i spaja na generator konstantne struje. Polaritet generatora je takav da smanjuje naboj pohranjen u integratoru. Proces pražnjenja traje sve dok se punjenje u integratoru ne smanji na nulu. Vrijeme pražnjenja se mjeri brojanjem taktnih impulsa od trenutka kada pražnjenje počne do dostizanja nulte napunjenosti na integratoru. Izbrojani broj taktnih impulsa će biti izlazni kod ADC-a. Može se pokazati da je broj impulsa n, izbrojanih tokom vremena pražnjenja, jednak: n = Uin N (RI0) −1, gdje je Uin ulazni napon ADC-a, N broj impulsa u akumulaciji stepen (definisan gore), R je otpor otpornika koji pretvara ulazni napon u struju, I0 je vrednost struje iz generatora stabilne struje, koja prazni integrator u drugom stepenu. Dakle, potencijalno nestabilni parametri sistema (prije svega, kapacitivnost kondenzatora integratora) nisu uključeni u konačni izraz. Ovo je posljedica dvofaznog procesa: greške unesene u prvoj i drugoj fazi se međusobno oduzimaju. Čak ni dugoročna stabilnost generatora takta i napona prednapona komparatora nisu nametnuti: ovi parametri moraju biti stabilni samo kratko vrijeme, odnosno tokom svake konverzije (ne više od 2TN). U stvari, princip dvostepene integracije vam omogućava da direktno konvertujete odnos dve analogne veličine (ulazna i referentna struja) u odnos numeričkih kodova (n i N u terminima definisanim gore) sa malo ili bez dodatne greške. Tipični ADC ovog tipa su široki od 10 do 18 bita. Dodatna prednost je mogućnost izrade pretvarača koji su neosjetljivi na periodične smetnje (na primjer, smetnje iz mrežnog napajanja) zbog tačne integracije ulaznog signala u fiksnom vremenskom intervalu. Nedostatak ovog tipa ADC-a je njegova mala brzina konverzije. U mjernim instrumentima visoke preciznosti koriste se ADC balansirani naboji.
ADC sa srednjom konverzijom u brzinu ponavljanja impulsa. Signal sa senzora prolazi kroz pretvarač nivoa, a zatim kroz pretvarač napona u frekvenciju. Dakle, signal se šalje direktno na ulaz logičkog kola, čija je karakteristika samo frekvencija impulsa. Logički brojač prihvata ove impulse na ulazu tokom vremena uzorkovanja, dajući tako svom kraju kombinaciju koda, numerički jednaku broju impulsa koji su stigli u pretvarač tokom vremena uzorkovanja. Takvi ADC-ovi su prilično spori i nisu baš precizni, ali su ipak vrlo jednostavni za implementaciju i stoga imaju nisku cijenu.
Sigma-delta-ADC (također nazvan delta-sigma ADC) izvodi analogno-digitalnu konverziju sa brzinom uzorkovanja mnogo puta većom od potrebne i, filtriranjem, ostavlja samo potrebnu spektralnu traku u signalu.
Neelektronski ADC se obično grade na istim principima.
Komercijalni ADC
U pravilu se proizvode u obliku mikro krugova.
Za većinu ADC-a, širina bita je od 6 do 24 bita, brzina uzorkovanja je do 1 MHz. Mega i gigaherc ADC su takođe dostupni (februar 2002). Megaherc ADC-i su potrebni u digitalnim video kamerama, uređajima za video snimanje i digitalnim TV tjunerima za digitalizaciju kompozitnog video signala. Komercijalni ADC tipično imaju izlaznu grešku od ± 0,5 do ± 1,5 LSB.
Jedan od faktora koji povećavaju cijenu IC-a je broj pinova, jer oni prisiljavaju da se paket poveća i svaki pin mora biti povezan na matricu. Da bi se smanjio broj pinova, često ADC-ovi koji rade pri niskim brzinama uzorkovanja imaju serijski interfejs. Serijski ADC se često koriste za povećanje gustine ožičenja i stvaranje manje ploče.
Često ADC mikrokola imaju nekoliko analognih ulaza povezanih unutar mikrokola na jedan ADC preko analognog multipleksora. Različiti modeli ADC-a mogu uključivati uređaje za zadržavanje uzorka, instrumentalna pojačala ili visokonaponski diferencijalni ulaz i druga slična kola.
Ostale aplikacije
Analogno-digitalna konverzija se koristi svuda gdje je potrebno primiti analogni signal i obraditi ga digitalno.
Specijalni video ADC se koriste u kompjuterskim TV tjunerima, video ulaznim karticama i video kamerama za digitalizaciju video signala. Mikrofonski i linijski audio ulazi računara su povezani na audio-ADC.
ADC-ovi su sastavni dio sistema za prikupljanje podataka.
8-12-bitni sukcesivni ADC i 16-24-bitni sigma-delta ADC ugrađeni su u mikrokontrolere sa jednim čipom.
U digitalnim osciloskopima su potrebni vrlo brzi ADC-ovi (koriste se paralelni i cjevovodni ADC-i)
Moderne vage koriste ADC do 24 bita, koji pretvaraju signal direktno sa senzora za mjerenje naprezanja (sigma-delta-ADC).
ADC su dio radio modema i drugih radio uređaja za prijenos podataka, gdje se koriste u sprezi sa DSP procesorom kao demodulator.
Ultrabrzi ADC se koriste u antenskim sistemima baznih stanica (tzv. SMART antene) i u nizovima radarskih antena.
Digitalno-analogni pretvarač (DAC) - uređaj za pretvaranje digitalnog (obično binarnog) koda u analogni signal (struja, napon ili punjenje). D/A pretvarači su interfejs između diskretnog digitalnog sveta i analognih signala.
Analogno-digitalni pretvarač (ADC) obavlja suprotnu operaciju.
Audio DAC obično prima digitalni signal na svom ulazu u impulsno-kod modulaciji (PCM, pulsno-kodna modulacija). Zadatak pretvaranja različitih komprimiranih formata u PCM rješavaju odgovarajući kodeci.
Aplikacija
DAC se uvijek koristi kada je potrebno pretvoriti signal iz digitalnog u analogni, na primjer, u CD playerima (Audio CD).
DAC tipovi
Najčešći tipovi elektronskih DAC-ova su:
Modulator širine impulsa je najjednostavniji tip DAC-a. Stabilni izvor struje ili napona se periodično uključuje na vrijeme proporcionalno konvertovanom digitalnom kodu, a zatim se rezultujuća impulsna sekvenca filtrira pomoću analognog niskopropusnog filtera. Ova metoda se često koristi za kontrolu brzine električnih motora, a također postaje popularna u Hi-Fi audio opremi;
DAC-ovi za prekomerno uzorkovanje, kao što su sigma-delta DAC-ovi, zasnovani su na promenljivoj gustini impulsa. Oversampling omogućava korištenje DAC-a sa manjom dubinom bita za postizanje veće dubine bita konačne konverzije; često su delta-sigma DAC bazirani na najjednostavnijem 1-bitnom DAC-u koji je skoro linearan. Niskobitni DAC prima impulsni signal sa moduliranom gustinom impulsa (sa konstantnom širinom impulsa, ali s promjenjivim ciklusom rada), kreiran korištenjem negativne povratne sprege. Negativna povratna sprega djeluje kao visokopropusni filter za šum kvantizacije.
Većina DAC-ova velikog kapaciteta (preko 16 bita) je izgrađena na ovom principu zbog svoje visoke linearnosti i niske cijene. Delta-sigma DAC performanse dostižu stotine hiljada uzoraka u sekundi, dubina bita - do 24 bita. Jednostavan delta-sigma modulator prvog ili višeg reda kao što je MASH (Multi stage noise SHaping) može se koristiti za generiranje signala moduliranog gustinom impulsa. Kako se stopa preduzorkovanja povećava, zahtjevi za izlaznim niskopropusnim filterom su omekšani, a potiskivanje šuma kvantizacije se poboljšava;
DAC tipa vaganja, u kojem svaki bit konvertovanog binarnog koda odgovara otporniku ili izvoru struje spojenom na zajedničku tačku sumiranja. Struja izvora (provodljivost otpornika) je proporcionalna težini bita kojem odgovara. Dakle, svi bitovi koda različiti od nule se dodaju težini. Metoda ponderiranja je jedna od najbržih, ali je karakterizira niska preciznost zbog potrebe za skupom mnogo različitih preciznih izvora ili otpornika i promjenjive impedancije. Iz tog razloga, ponderi DAC nisu širi od osam bita;
Ladder DAC (R-2R lančani krug). U R-2R-DAC, vrijednosti se kreiraju u posebnom kolu koje se sastoji od otpornika otpora R i 2R, koji se naziva matrica konstantne impedanse, koja ima dvije vrste prebacivanja: direktnu - matrica struja i inverznu - a matrica napona. Upotreba istih otpornika može značajno poboljšati tačnost u poređenju sa konvencionalnim DAC-om za vaganje, budući da je relativno lako proizvesti set preciznih elemenata sa istim parametrima. DAC-ovi tipa R-2R omogućavaju povlačenje ograničenja na širinu bita. Sa laserskim reznim otpornicima na jednoj podlozi postiže se tačnost od 20-22 bita. Većina vremena konverzije se provodi u operacionom pojačalu, tako da treba da ima maksimalne performanse. DAC brzina od nekoliko mikrosekundi ili manje (tj. nanosekunde);
SpecifikacijeDAC-ovi se nalaze na početku analogne putanje bilo kojeg sistema, stoga parametri DAC-a u velikoj mjeri određuju parametre cijelog sistema u cjelini. Sljedeće su najvažnije karakteristike DAC-a.
Dubina bita je broj različitih nivoa izlaznog signala koje DAC može reproducirati. Obično se daje u bitovima; broj bitova je osnova 2 logaritma broja nivoa. Na primjer, jednobitni DAC je sposoban da reprodukuje dva () nivoa, a osmobitni DAC je sposoban da reprodukuje 256 () nivoa. Dubina bita je usko povezana sa efektivnom dubinom bita (ENOB, Efektivni broj bitova), koja pokazuje stvarnu rezoluciju koja se može postići na datom DAC-u.
Maksimalna brzina uzorkovanja je maksimalna frekvencija na kojoj DAC može raditi kako bi proizveo ispravan izlaz. U skladu sa Nyquist - Shannon teoremom (također poznatom kao Kotelnikova teorema), za ispravnu reprodukciju analognog signala iz digitalne forme, potrebno je da frekvencija uzorkovanja bude najmanje dvostruko veća od maksimalne frekvencije u spektru signala. Na primjer, da bi se reprodukovao čitav opseg audio frekvencija koje se čuju ljudi, čiji se spektar proteže do 20 kHz, potrebno je da se audio signal uzorkuje frekvencijom od najmanje 40 kHz. Audio CD standard postavlja stopu uzorkovanja zvuka na 44,1 kHz; da biste reprodukovali ovaj signal, potreban vam je DAC koji može raditi na ovoj frekvenciji. Kod jeftinih kompjuterskih zvučnih kartica, brzina uzorkovanja je 48 kHz. Signali uzorkovani na drugim frekvencijama su preduzorkovani do 48 kHz, što djelimično degradira kvalitet signala.
Monotonija je svojstvo DAC-a da povećava analogni izlazni signal kako se povećava ulazni kod.
THD + N (Total Harmonic Distortion + Noise) je mjera izobličenja i šuma koje DAC unosi u signal. Izraženo kao postotak snage harmonika i šuma u izlaznom signalu. Važan parametar za male signalne DAC aplikacije.
Dinamički raspon je omjer najvećeg i najmanjeg signala koji DAC može reproducirati, izražen u decibelima. Ovaj parametar se odnosi na širinu bita i prag šuma.
Statičke karakteristike:
DNL (diferencijalna nelinearnost) - karakterizira kako se prirast analognog signala, dobiven kada se kod poveća za 1 najmanji značajan bit (LSB), razlikuje od ispravne vrijednosti;
INL (integralna nelinearnost) - karakterizira koliko se prijenosna karakteristika DAC-a razlikuje od idealne. Idealna karakteristika je striktno linearna; INL pokazuje koliki je napon na DAC izlazu za dati kod od linearne karakteristike; izraženo u minimalnoj plati;
dobitak;
pristrasnost.
frekvencijske karakteristike:
SNDR (odnos signal-šum + izobličenje) - karakterizira u decibelima odnos snage izlaznog signala prema ukupnoj snazi šuma i harmonijske distorzije;
HDi (koeficijent i-tog harmonika) - karakteriše odnos i-tog harmonika prema osnovnom harmoniku;
THD (Total Harmonic Distortion) - omjer ukupne snage svih harmonika (osim prvog) i snage prvog harmonika
D/A pretvarači imaju statičke i dinamičke karakteristike.
DAC statičke karakteristike
Glavni statičke karakteristike DAC-ovi su:
· rezolucija;
· Nelinearnost;
· Diferencijalna nelinearnost;
· Monotonija;
· Faktor konverzije;
· Apsolutne greške pune skale;
· Relativne greške pune skale;
· Zero offset;
Apsolutna greška
Rezolucija Da li je prirast U OUT pri pretvaranju susjednih vrijednosti D j, tj. koji se razlikuju za jednu najmanju cifru (EMP). Ovaj inkrement je korak kvantizacije. Za binarne transformacijske kodove, nominalna vrijednost koraka kvantizacije je
h = U PSh / (2 N - 1),
gdje je U PŠ nominalni maksimalni izlazni napon DAC-a (napon pune skale), N je kapacitet DAC-a. Što je veći kapacitet cifara pretvarača, veća je njegova rezolucija.
Preciznost pune skale - relativna razlika između stvarne i idealne vrijednosti granice skale konverzije u odsustvu pomaka nule, tj.
To je multiplikativna komponenta ukupne greške. Ponekad je naznačeno odgovarajućim EMP brojem.
Greška pomaka nule - vrijednost U OUT kada je ulazni kod DAC-a nula. To je aditivna komponenta ukupne greške. Obično je naznačeno u milivoltima ili kao postotak pune skale:
Nelinearnost - maksimalno odstupanje stvarnih karakteristika konverzije U OUT (D) od optimalne (slika 5.2, red 2). Optimalna karakteristika se pronalazi empirijski kako bi se minimizirala vrijednost greške nelinearnosti. Nelinearnost se obično definiše u relativnim jedinicama, ali je u referentnim podacima data i u EMP-u. Za karakteristiku prikazanu na sl. 5.2,
Diferencijalna nelinearnost - maksimalna promjena (uzimajući u obzir predznak) odstupanja stvarne karakteristike konverzije U OUT (D) od optimalne pri prelasku sa jedne vrijednosti ulaznog koda na drugu susjednu vrijednost. Obično se definira u relativnim jedinicama ili u EMP. Za karakteristiku prikazanu na sl. 5.2,
Monotona karakteristike konverzije - povećanje (smanjenje) izlaznog napona DAC-a (U OUT) uz povećanje (smanjenje) ulaznog koda D... Ako je diferencijalna nelinearnost veća od relativnog koraka kvantizacije h / U PN, onda je karakteristika pretvarača nemonotonska.
Temperaturnu nestabilnost DAC-a karakteriše temperaturni koeficijenti greške pune skale i greške pomaka nule.
Greške pune skale i nulte greške mogu se eliminisati kalibracijom (trim). Greške nelinearnosti se ne mogu eliminisati jednostavnim sredstvima.
DAC dinamičke karakteristike
TO dinamičke karakteristike am DAC-ovi uključuju vrijeme poravnanja i vrijeme konverzije.
Uz sekvencijalno povećanje vrijednosti ulaznog digitalnog signala D (t) od 0 do (2 N - 1) kroz jedinicu najmanjeg značajnog bita, izlazni signal U OUT (t) formira stepenastu krivu. Ova zavisnost se obično naziva konverzijska karakteristika DAC-a. U nedostatku hardverskih grešaka, sredine stepenica se nalaze na idealnoj pravoj liniji 1 (vidi sliku 5.2), što odgovara idealnoj transformacionoj karakteristici. Stvarna transformaciona karakteristika može se značajno razlikovati od idealne po veličini i obliku stepenica, kao i lokaciji na koordinatnoj ravni. Postoji niz parametara za kvantifikaciju ovih razlika.
Dinamički parametri DAC-a određeni su promjenom izlaznog signala sa skokom promjene ulaznog koda, obično sa vrijednosti "sve nule" na "sve jedinice" (slika 5.3).
Vrijeme poravnanja
- vremenski interval od trenutka promjene
unos koda (Sl.5.3, t = 0) do posljednjeg izvršavanja jednakosti:
U OUT - U PSH | = d / 2,
gdje d/2 obično odgovara EMP.
Slew rate - maksimalna stopa promjene U OUT (t) tokom prelaznog procesa. Definira se kao omjer prirasta D U OUT do vremena Dt tokom kojeg je došlo do ovog povećanja. Obično je navedeno u podatkovnoj tablici za DAC sa izlaznim naponom. Za digitalno-analogne pretvarače sa strujnim izlazom, ovaj parametar u velikoj mjeri ovisi o vrsti izlaznog op-pojačala.
Za množenje DAC-ova sa izlaznim naponom, često se specificiraju jedinstvena frekvencija pojačanja i propusni opseg snage, koji su uglavnom određeni svojstvima izlaznog pojačala.
Na slici 5.4 prikazane su dvije metode linearizacije, iz kojih slijedi da metoda linearizacije za dobijanje minimalne vrijednosti D l, prikazana na sl. 5.4, b, omogućava smanjenje greške D l za polovicu u poređenju sa metodom linearizacije po graničnim tačkama (slika 5.4, a).
Za digitalno-analogne pretvarače sa n binarnih znamenki, u idealnom slučaju (u nedostatku grešaka konverzije), analogni izlaz U OUT povezan je s ulaznim binarnim brojem na sljedeći način:
U OUT = U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 + ... + a n 2 -n),
gdje je U OP referentni napon DAC-a (iz ugrađenog ili eksternog izvora).
Pošto je ∑ 2 -i = 1 - 2 -n, onda sa svim uključenim bitovima, izlazni napon DAC-a je:
U OUT (a 1 ... a n) = U OP (1 - 2 -n) = (U OP / 2 n) (2 n - 1) = D (2 n - 1) = U PS,
gdje je U PŠ - napon pune skale.
Dakle, kada su svi bitovi uključeni, izlazni napon digitalno-analognog pretvarača, koji u ovom slučaju formira U PN, razlikuje se od vrijednosti referentnog napona (U OP) za vrijednost najmanje značajnog bita. pretvarača (D), definisanog kao
D = U OP / 2 n.
Kada je bilo koji i-ti bit uključen, izlazni napon DAC-a se određuje iz omjera:
U OUT / a i = U OP 2 -i.
Digitalno-analogni pretvarač pretvara digitalni binarni kod Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 u analognu vrijednost, obično napon U OUT. ili trenutni I OUT. Svaki bit binarnog koda ima određenu težinu i-tog bita dvostruko veću od težine (i-1)-tog. Rad DAC-a može se opisati sljedećom formulom:
U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 + ...),
gdje je e napon koji odgovara težini najmanjeg značajnog bita, Q i je vrijednost i-tog bita binarnog koda (0 ili 1).
Na primjer, broj 1001 odgovara:
U IZLAZ = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,
na broj 1100 odgovara
U IZLAZ = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · e.
Digitalno-analogni pretvarač (DAC) je uređaj za pretvaranje digitalnog koda u analogni signal proporcionalno vrijednosti koda.
DAC-ovi se koriste za povezivanje digitalnih upravljačkih sistema sa uređajima koji se kontrolišu nivoom analognog signala. Također, DAC je sastavni dio mnogih struktura analogno-digitalnih uređaja i pretvarača.
DAC karakterizira funkcija konverzije. Povezuje promjenu digitalnog koda s promjenom napona ili struje. Funkcija DAC konverzije je izražena na sljedeći način
U out- vrijednost izlaznog napona koja odgovara digitalnom kodu N in napaja se na DAC ulaze.
U max- maksimalni izlazni napon koji odgovara primjeni maksimalnog koda na ulaze N max
Vrijednost To dac, definisan omjerom, naziva se koeficijent digitalno-analogne konverzije. Unatoč stepenastom obliku karakteristike povezane s diskretnom promjenom ulazne vrijednosti (digitalni kod), vjeruje se da su DAC linearni pretvarači.
Ako vrijednost N in predstavlja kroz vrijednosti težina njegovih znamenki, funkcija transformacije se može izraziti na sljedeći način
, gdje
i- broj bita ulaznog koda N in; A i- značenje i-ta cifra (nula ili jedan); U i - težina i-th kategorija; n je broj bitova ulaznog koda (broj DAC bitova).
Težina pražnjenja se određuje za određenu dubinu bita i izračunava se pomoću sljedeće formule
U OP - DAC referentni napon
Princip rada većine DAC-ova je sumiranje udjela analognih signala (težina bita), ovisno o ulaznom kodu.
DAC se može implementirati sumiranjem struja, sumiranjem napona i dijeljenjem napona. U prvom i drugom slučaju, u skladu s vrijednostima bitova ulaznog koda, zbrajaju se signali generatora struja i izvora EMF-a. Potonji je kodom kontrolirani djelitelj napona. Posljednje dvije metode nisu u širokoj upotrebi zbog praktičnih poteškoća u njihovoj primjeni.
Metode implementacije DAC-a sa ponderisanim zbrajanjem struja
Razmotrimo konstrukciju najjednostavnijeg DAC-a sa ponderisanim zbrajanjem struja.
Ovaj DAC se sastoji od skupa otpornika i sklopa prekidača. Broj ključeva i broj otpornika jednak je broju bitova n unos koda. Vrijednosti otpornika se biraju u skladu s binarnim zakonom. Ako je R = 3 oma, onda je 2R = 6 oma, 4R = 12 oma, i tako dalje, tj. svaki sljedeći otpornik je 2 puta veći od prethodnog. Kada je izvor napona povezan i ključevi zatvoreni, struja će teći kroz svaki otpornik. Vrijednosti struja preko otpornika, zbog odgovarajućeg izbora njihovih veličina, također će biti raspoređene prema binarnom zakonu. Prilikom slanja ulaznog koda N in tasteri se uključuju u skladu sa vrednostima odgovarajućih bitova ulaznog koda. Ključ se zatvara ako je odgovarajuća cifra jednaka jedan. U ovom slučaju, struje proporcionalne težinama ovih pražnjenja se zbrajaju u čvoru, a vrijednost struje koja teče iz čvora kao cjeline bit će proporcionalna vrijednosti ulaznog koda N in.
Otpor matričnih otpornika je odabran prilično velik (desetine kΩ). Stoga, u većini praktičnih slučajeva, DAC igra ulogu izvora struje za opterećenje. Ako je potrebno dobiti napon na izlazu pretvarača, tada se na izlazu takvog DAC-a instalira strujno-naponski pretvarač, na primjer, na operativnom pojačalu
Međutim, kada se promijeni kod na DAC ulazima, količina struje koja se povlači iz izvora referentnog napona se mijenja. Ovo je glavni nedostatak ove metode izgradnje DAC-a. . Ova metoda konstrukcije može se koristiti samo ako će referentni napon biti s malim unutrašnjim otporom. U drugom slučaju, u trenutku promjene ulaznog koda mijenja se struja koja se uzima od izvora, što dovodi do promjene pada napona na njegovom unutrašnjem otporu i, zauzvrat, do dodatne promjene izlazne struje koja nije direktno povezana na promjenu koda. Ovaj nedostatak se može eliminisati strukturom DAC-a sa prekidačima.
Ova struktura ima dva izlazna čvora. Ovisno o vrijednosti bitova ulaznog koda, ključevi koji im odgovaraju se povezuju na čvor povezan sa izlazom uređaja, ili na drugi čvor, koji je najčešće uzemljen. U ovom slučaju, kroz svaki otpornik matrice struja teče konstantno, bez obzira na položaj ključa, a količina struje koja se troši iz referentnog izvora napona je konstantna.
Zajednički nedostatak obje razmatrane strukture je veliki omjer između najmanje i najveće vrijednosti matričnih otpornika. Istovremeno, unatoč velikoj razlici u nazivnim otpornicima, potrebno je osigurati jednaku apsolutnu tačnost ugradnje i najvećeg i najmanjeg otpornika. U integriranoj verziji DAC-a s brojem znamenki većim od 10, prilično ga je teško pružiti.
Strukture na bazi otpornih R-2R matrice
Ovakvom konstrukcijom otporne matrice struja u svakoj sledećoj paralelnoj grani je dva puta manja nego u prethodnoj. Prisustvo samo dva otpornika u matrici olakšava podešavanje njihovih vrijednosti.
Izlazna struja za svaku od prikazanih struktura proporcionalna je istovremeno ne samo vrijednosti ulaznog koda, već i vrijednosti referentnog napona. Često se kaže da je proporcionalan proizvodu dva. Stoga se takvi DAC-ovi nazivaju množenjem. Takvu imovinu će posjedovati svi DAC, u kojem se formiranje ponderiranih vrijednosti struja koje odgovaraju težinama pražnjenja vrši pomoću otpornih matrica.
Pored svoje namjene, DAC-ovi za množenje koriste se kao analogno-digitalni množitelji, kao kodom kontrolirani otpori i provodljivosti. Oni se naširoko koriste kao gradivni blokovi za kodom kontrolirana (podesiva) pojačala, filtere, izvore referentnog napona, pretvarače signala, itd.
Osnovni parametri i greške DAC-a
Glavni parametri koji se mogu vidjeti u referenci:
1. Broj bitova - broj bitova ulaznog koda.
2. Faktor konverzije je omjer prirasta izlaznog signala i prirasta ulaznog signala za funkciju linearne konverzije.
3. Vrijeme smirivanja izlaznog napona ili struje je vremenski interval od trenutka promjene datog koda na DAC ulazu do trenutka kada će izlazni napon ili struja konačno ući u zonu širine najmanjeg bita ( MHR).
4. Maksimalna učestalost konverzije - najveća učestalost promjene koda na kojoj navedeni parametri odgovaraju utvrđenim standardima.
Postoje i drugi parametri koji karakteriziraju performanse DAC-a i značajke njegovog funkcioniranja. Među njima: ulazni napon niskog i visokog nivoa, potrošnja struje, opseg izlaznog napona ili struje.
Najvažniji parametri za DAC su oni koji određuju njegove karakteristike tačnosti.
Karakteristike tačnosti svakog DAC-a , prije svega, one su određene normaliziranim greškama.
Greške se dijele na dinamičke i statičke. Statičke greške su greške koje ostaju nakon završetka svih prolaznih procesa povezanih s promjenom ulaznog koda. Dinamičke greške određene su prolaznim procesima na izlazu DAC-a koji su nastali kao rezultat promjene ulaznog koda.
Glavne vrste statičkih grešaka DAC-a su:
Apsolutna greška konverzije na krajnjoj točki skale je odstupanje vrijednosti izlaznog napona (struje) od nominalne vrijednosti koja odgovara krajnjoj točki skale funkcije konverzije. Mjereno u jedinicama najmanje značajnog bita konverzije.
Izlazni nulti pomak napona - DC napon na izlazu DAC-a sa ulaznim kodom koji odgovara nultoj vrijednosti izlaznog napona. Mjeri se u jedinicama najmanje značajne cifre. Greška faktora konverzije (skala) - povezana s odstupanjem nagiba funkcije konverzije od tražene.
DAC nelinearnost je odstupanje stvarne funkcije konverzije od specificirane prave linije. To je najgora greška s kojom se teško boriti.
Općenito, greške nelinearnosti se dijele na dvije vrste - integralne i diferencijalne.
Integralna greška nelinearnosti je maksimalno odstupanje realne karakteristike od idealne. U stvari, razmatra se prosječna funkcija konverzije. Odredite ovu grešku kao procenat konačnog opsega izlazne količine.
Diferencijalna nelinearnost je povezana sa nepreciznošću u postavljanju težine bita, tj. sa greškama razdjelnih elemenata, rasipanjem rezidualnih parametara ključnih elemenata, strujnim generatorima itd.
Metode za identifikaciju i ispravljanje DAC grešaka
Poželjno je da se korekcija greške vrši u toku izrade pretvarača (tehnološko prilagođavanje). Međutim, često je poželjno kada se koristi određeni uzorak. BIS u određenom uređaju. U ovom slučaju, korekcija se vrši uvođenjem u strukturu uređaja, pored LSI DAC dodatni elementi. Takve metode se nazivaju strukturalnim.
Najteži proces je osiguranje linearnosti, jer su oni određeni povezanim parametrima mnogih elemenata i čvorova. Najčešće, samo nulti pomak, koeficijent
Parametri točnosti koje daju tehnološke metode pogoršavaju se kada je pretvarač izložen raznim destabilizirajućim faktorima, prije svega temperaturi. Neophodno je zapamtiti faktor starenja elemenata.
Nulti pomak i greške skale se lako ispravljaju na DAC izlazu. Da bi se to postiglo, u izlazni signal se uvodi konstantna pristranost, koja kompenzira pomak karakteristike pretvarača. Potrebna skala konverzije se postavlja, ili korekcijom podešenog pojačanja na izlazu konvertera pojačala, ili podešavanjem vrijednosti referentnog napona, ako je DAC multiplikator.
Metode korekcije sa test kontrolom sastoje se u identifikaciji DAC grešaka u celom skupu dozvoljenih ulaznih uticaja i dodavanju korekcija izračunatih na osnovu toga ulaznoj ili izlaznoj vrednosti radi kompenzacije ovih grešaka.
Kod bilo koje metode korekcije s kontrolom test signala, predviđene su sljedeće radnje:
1. Mjerenje karakteristika DAC-a na skupu testnih utjecaja dovoljnih za identifikaciju grešaka.
2. Identifikacija grešaka izračunavanjem njihovih odstupanja od rezultata mjerenja.
3. Izračunavanje korektivnih korekcija za konvertovane vrednosti ili potrebnih korektivnih radnji na korigovanim blokovima.
4. Ispravka.
Kontrola se može izvršiti jednom prije ugradnje pretvarača u uređaj pomoću posebne laboratorijske mjerne opreme. Također se može izvesti pomoću specijalizirane opreme ugrađene u uređaj. U ovom slučaju, kontrola se, u pravilu, provodi periodično, cijelo vrijeme dok pretvarač ne bude direktno uključen u rad uređaja. Ovakva organizacija kontrole i korekcije pretvarača može se izvršiti u toku njegovog rada kao dio mikroprocesorskog mjernog sistema.
Glavni nedostatak bilo koje metode inspekcije od kraja do kraja je dugo vrijeme inspekcije zajedno s heterogenošću i velikom količinom korištene opreme.
Vrijednosti korekcija određene na ovaj ili onaj način pohranjuju se u pravilu u digitalnom obliku. Ispravljanje grešaka, uzimajući u obzir ove ispravke, može se izvršiti u analognom i digitalnom obliku.
Kod digitalne korekcije, korekcije se dodaju uzimajući u obzir njihov predznak na ulazni kod DAC-a. Kao rezultat, na DAC ulaz se šalje kod, na kojem se na njegovom izlazu formira potrebna vrijednost napona ili struje. Najjednostavnija implementacija ove metode korekcije sastoji se od podesivog DAC, na čiji je ulaz instaliran digitalni uređaj za pohranu podataka ( pamćenje)... Ulazni kod igra ulogu koda adrese. V Memorija na odgovarajućim adresama unose se vrijednosti kodova dostavljenih ispravljenom DAC-u, izračunate unaprijed, uzimajući u obzir izmjene.
Za analognu korekciju, pored glavnog DAC-a, koristi se i jedan dodatni DAC. Opseg njegovog izlaznog signala odgovara maksimalnoj vrijednosti greške ispravljenog DAC-a. Ulazni kod se istovremeno dovodi na ulaze korigovanog DAC-a i na adresne ulaze Memorija amandmani. Od Memorija korekcija, odabire se korekcija koja odgovara datoj vrijednosti ulaznog koda. Korekcioni kod se pretvara u signal proporcionalan njemu, koji se dodaje izlaznom signalu korigovanog DAC-a. Zbog malog potrebnog opsega izlaznog signala dodatnog DAC-a u poređenju sa opsegom izlaznog signala korigovanog DAC-a, inherentne greške prvog su zanemarene.
U nekim slučajevima postaje potrebno ispraviti dinamiku rada DAC-a.
Prolazni odziv DAC-a pri promjeni različitih kombinacija kodova bit će različit, drugim riječima - vrijeme smirivanja izlaznog signala bit će različito. Stoga, kada se koristi DAC, potrebno je uzeti u obzir maksimalno vrijeme smirivanja. Međutim, u nekim slučajevima moguće je ispraviti ponašanje prijenosne karakteristike.
Značajke upotrebe LSI DAC-a
Za uspješnu primjenu modernih BIS Nije dovoljno da DAC zna listu njihovih glavnih karakteristika i osnovne šeme za njihovo uključivanje.
Značajan učinak na rezultate primjene BIS DAC ispunjava operativne zahtjeve zbog karakteristika određenog mikrokola. Ovi zahtjevi uključuju ne samo korištenje dozvoljenih ulaznih signala, napona napajanja, kapacitivnosti i otpora opterećenja, već i izvršavanje redoslijeda uključivanja različitih izvora napajanja, razdvajanje spojnih kola za različite izvore napajanja i zajedničke magistrale, upotreba filtera itd.
Za precizne DAC-ove, izlazni napon šuma je od posebne važnosti. Posebnost problema s bukom u DAC-u je prisutnost skokova napona na njegovom izlazu, uzrokovanih prebacivanjem ključeva unutar pretvarača. Po amplitudi, ovi naleti mogu doseći nekoliko desetina težine. MHR i stvaraju poteškoće u radu uređaja za obradu analognog signala koji prate DAC. Rješenje problema suzbijanja takvih rafala je korištenje uređaja za uzorkovanje i zadržavanje na DAC izlazu ( UVH). UVH kontrolira digitalni dio sistema, koji formira nove kombinacije kodova na DAC ulazu. Prije unošenja nove kombinacije kodova UVH se stavlja u način skladištenja, otvarajući kolo za prijenos analognog signala prema izlazu. Ovo sprečava da se skok izlaznog napona DAC-a pošalje na pin. UVH, koji se zatim stavlja u režim praćenja, ponavljajući izlaz DAC-a.
Posebna pažnja pri izgradnji DAC-a na osnovu BIS potrebno je obratiti pažnju na izbor operativnog pojačala, koji služi za pretvaranje izlazne struje DAC-a u napon. Prilikom isporuke ulazni kod DAC-a na izlazu OU doći će do greške DU zbog svog prednapona i jednak je
,
gdje U cm- prednapon OU; R os- vrijednost otpora u povratnom kolu OU; R m- otpor otporne matrice DAC-a (izlazni otpor DAC-a), u zavisnosti od vrijednosti koda primijenjenog na njegov ulaz.
Budući da se omjer mijenja od 1 do 0, greška zbog U cm, promjene u prolazima (1 ... 2) U cm... Uticaj U cm zanemarena prilikom upotrebe OU, koji .
Zbog velike površine tranzistorskih prekidača CMOS BIS značajan izlazni kapacitet LSI DAC-a (40 ... 120 pF u zavisnosti od vrijednosti ulaznog koda). Ova kapacitivnost ima značajan uticaj na vreme smirivanja izlaznog napona. OU na traženu tačnost. Da bi se smanjio ovaj uticaj R os ranžiran kondenzatorom Sa osama.
U nekim slučajevima, bipolarni izlazni napon se mora dobiti na DAC izlazu. Ovo se može postići uvođenjem pomaka opsega izlaznog napona na izlazu, a za umnožavanje DAC-ova prebacivanjem polariteta izvora referentnog napona.
Imajte na umu da ako koristite integrirani DAC , imajući broj bitova veći nego što vam je potrebno, tada se ulazi neiskorištenih bitova povezuju na sabirnicu uzemljenja, nedvosmisleno određujući nivo logičke nule na njima. Štoviše, kako bi se radilo što je više moguće s velikim rasponom izlaznog signala LSI DAC-a za takve znamenke, uzimaju se cifre, počevši od najmanje značajnog.
Jedan od praktičnih primjera primjene DAC-a su pretvarači signala različitih oblika. Napravljen mali model u proteusu. Uz pomoć DAC-a kontroliranog MK-a (Atmega8, iako se to može učiniti na Tinyju), generiraju se signali različitih oblika. Program je napisan u C u CVAVR-u. Pritiskom na tipku mijenja se generirani signal.
LSI DAC DAC0808 National Semiconductor, 8-bitni, brzi, uključen prema tipičnom dijagramu. Pošto je njegov izlaz strujni, on se pretvara u napon uz pomoć invertnog pojačala na op-pojačalu.
U principu, čak možete imati tako zanimljive brojke, da li nešto liči na istinu? Ako odaberete malo više, postajete glatkiji
Bibliografija:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Analogno-digitalni pretvarači / Ed. GD Bakhtiyarova - M.: Sov. radio. - 1980.-- 278 str.: ilustr.
2. Projektovanje analogno-digitalnih upravljačkih mikroprocesorskih sistema.
3.O.V. Shishov. - Saransk: Izdavačka kuća Mordovs. Univerzitet 1995. - str.
U nastavku možete preuzeti projekat na
