Konvertuesit analog-në-dixhital dhe dixhital-në-analog. Konvertimi analog në dixhital për fillestarët

29.07.2019 Internet, Wi-Fi, rrjete lokale

Ministria e Arsimit dhe Shkencës e Ukrainës

Akademia Kombëtare Detare e Odessa

Departamenti i Elektronikës Detare

në disiplinën "Sistemet e mbledhjes dhe përpunimit të informacionit telemetrik"

"Konvertuesit dixhital në analog"

E përfunduar:

vendosni FEM dhe RE

grupi 3131

Strukov S.M.

Kontrolluar: Art. mësuesi

Kudelkin I.N.

Odessa - 2007

1. Hyrje

2. Informacion i përgjithshëm

3. DAC serike

4. DAC paralele

5. Aplikimi i DAC

6. Parametrat e DAC

7. Lista e literaturës së përdorur

PREZANTIMI

Dekadat e fundit janë shkaktuar nga futja e gjerë e mikroelektronikës dhe teknologjisë kompjuterike në ekonominë kombëtare, shkëmbimi i informacionit me të cilin sigurohet nga konvertuesit linearë analog dhe dixhital (ADC dhe DAC).

Faza moderne karakterizohet nga qarqe të integruara të mëdha dhe shumë të mëdha DAC dhe ADC me parametra të lartë operacional: shpejtësi, gabime të vogla, kapacitet shumë-bitësh. Përfshirja e LSI DAC dhe ADC në një njësi të vetme, funksionalisht të plotë thjeshtoi shumë zbatimin e tyre në pajisjet dhe instalimet e përdorura si në kërkimin shkencor ashtu edhe në industri dhe bëri të mundur shkëmbimin e shpejtë të informacionit midis pajisjeve analoge dhe dixhitale.

Informacion i pergjithshem

Një konvertues dixhital në analog (DAC) është projektuar për të kthyer një numër, zakonisht të përcaktuar në formën e një kodi binar, në një tension ose rrymë në përpjesëtim me vlerën e kodit dixhital. Qarku i konvertuesve dixhital në analog është shumë i larmishëm. Në fig. 1 tregon skemën e klasifikimit të DAC sipas karakteristikave të qarkut. Përveç kësaj, IC-të e konvertuesve dixhital në analog klasifikohen sipas kritereve të mëposhtme:

o Sipas llojit të sinjalit dalës: me dalje aktuale dhe dalje të tensionit.

o Sipas llojit të ndërfaqes dixhitale: me hyrje serike dhe me hyrje paralele të kodit hyrës.

o Nga numri i DAC-ve në një çip: njëkanalësh dhe shumëkanalësh.

o Sipas shpejtësisë: shpejtësi mesatare dhe e lartë.

Oriz. 1. Klasifikimi i DAC

DAC SERIALE

PWM DAC

Shumë shpesh, DAC është pjesë e sistemeve të mikroprocesorëve. Në këtë rast, nëse nuk kërkohet shpejtësi e lartë, konvertimi dixhital në analog mund të realizohet shumë lehtë duke përdorur modulimin e gjerësisë së pulsit (PWM). Qarku PWM DAC është paraqitur në Fig. 1a.

Oriz. 1. DAC me modulim të gjerësisë së pulsit

Konvertimi dixhital në analog organizohet më lehtë nëse mikrokontrolluesi ka një funksion të integruar të konvertimit të gjerësisë së pulsit (për shembull, AT90S8515 nga Atmel ose 87C51 GB nga Intel). Dalja PWM drejton çelësin S... Në varësi të bitit të konvertimit të specifikuar (për kontrolluesin AT90S8515, janë të mundshme mënyrat 8, 9 dhe 10-bit), kontrolluesi, duke përdorur kohëmatësin / numëruesin e tij, gjeneron një sekuencë pulsesh, kohëzgjatja relative e të cilave është g = t dhe / T përcaktohet nga raporti

ku N- konvertim bit, dhe D- kodi i konvertuar. Një filtër me kalim të ulët zbut pulset duke theksuar vlerën mesatare të tensionit. Si rezultat, tensioni i daljes së konvertuesit

Qarku i konsideruar siguron linearitet pothuajse të përsosur të konvertimit, nuk përmban elemente precize (me përjashtim të burimit të tensionit të referencës). Pengesa e tij kryesore është performanca e ulët.

DAC serial i kondensatorit me ndërprerje

Qarku i mësipërm PWM DAC fillimisht konverton kodin dixhital në një interval kohor, i cili formohet duke përdorur një numërues binar kuantik nga kuantik, pra, për të marrë N-Kërkohet konvertim bit 2 N kuantë kohore (këpusha). Qarku serial DAC i paraqitur në Fig. 2, ju lejon të kryeni konvertimin dixhital në analog në një numër dukshëm më të vogël të cikleve të orës.

Në këtë qark, kapacitetet e kondensatorëve ME 1 dhe ME 2 janë të barabarta. Para fillimit të ciklit të konvertimit, kondensatori ME 2 shkarkohet me çelës S 4 . Fjala binare e hyrjes specifikohet si kod sekuencial. Konvertimi i tij kryhet në mënyrë sekuenciale, duke filluar nga biti më pak i rëndësishëm d 0. Çdo shirit transformimi përbëhet nga dy gjysmë shirita. Në gjysmën e ciklit të parë, kondensatori ME 1 ngarkohet me tensionin e referencës U op në d 0 = 1 nga mbyllja e çelësit S 1 ose shkarkohet në zero në d 0 = 0 nga mbyllja e çelësit S 2. Në gjysmën e dytë të ciklit me çelësa të hapur S 1 ,S 2 dhe S 4 çelësi mbyllet S 3, gjë që bën që ngarkesa të ndahet në gjysmë ME 1 dhe ME 2. Si rezultat, ne marrim

U 1 (0)=U jashtë (0) = ( d 0 /2)U op

Ndërsa në kondensator ME 2 ngarkesa është e ruajtur, procedura për ngarkimin e kondensatorit ME 1 duhet të përsëritet për shkarkimin tjetër d 1 fjalë hyrëse. Pas një cikli të ri rimbushjeje, voltazhi në të gjithë kondensatorët do të jetë

Konvertimi kryhet në të njëjtën mënyrë për pjesën tjetër të shifrave të fjalës. Si rezultat, për N-Bit Tensioni i daljes DAC do të jetë i barabartë me

Nëse kërkohet të ruhet rezultati i konvertimit për një kohë të gjatë, një UVC duhet të lidhet në daljen e qarkut. Pas përfundimit të ciklit të konvertimit, duhet të kryhet cikli i marrjes së mostrave, UVC duhet të vendoset në modalitetin e ruajtjes dhe konvertimi duhet të fillojë përsëri.

Kështu, qarku i paraqitur kryen transformimin e kodit të hyrjes në 2 N kuanta, e cila është dukshëm më e vogël se ajo e një DAC me PWM. Këtu kërkohen vetëm dy kondensatorë të vegjël të përputhur. Konfigurimi i pjesës analoge të qarkut nuk varet nga gjerësia e bitit të kodit të konvertuar. Sidoqoftë, për sa i përket shpejtësisë, një DAC serial është dukshëm inferior ndaj konvertuesve paralelë dixhital në analog, gjë që kufizon shtrirjen e tij.

Shumica e DAC-ve paralele bazohen në përmbledhjen e rrymave, forca e secilës prej të cilave është proporcionale me peshën e bitit dixhital binar dhe duhet të përmblidhen vetëm rrymat e biteve me vlera të barabarta me 1. Supozoni, për shembull, ju duan të konvertojnë një kod binar katër-bit në një sinjal analog aktual. Për shifrën e katërt, më domethënëse (SZR), pesha do të jetë e barabartë me 2 3 = 8, për shifrën e tretë - 2 2 = 4, për të dytën - 2 1 = 2 dhe për më pak të rëndësishmen (LSD) - 2 0 = 1. Nëse pesha e MWR I MZR = 1 mA, atëherë I SZR = 8 mA, dhe rryma maksimale e daljes së konvertuesit I dalë max = 15 mA dhe korrespondon me kodin 1111 2. Është e qartë se kodi 1001 2, për shembull, do të korrespondojë me I out = 9 mA, etj. Prandaj, kërkohet të ndërtohet një qark që siguron gjenerim dhe ndërrim sipas ligjeve të dhëna të rrymave të peshës së saktë. Qarku më i thjeshtë që zbaton këtë parim është paraqitur në Fig. 3.

Rezistencat e rezistorëve zgjidhen në mënyrë që kur çelësat mbyllen, një rrymë rrjedh përmes tyre që korrespondon me peshën e shkarkimit. Çelësi duhet të mbyllet kur biti përkatës i fjalës hyrëse është i barabartë me një. Rryma e daljes përcaktohet nga raporti

Me një kapacitet të lartë shifror të DAC, rezistorët e konfigurimit aktual duhet të përputhen me saktësi të lartë. Kërkesat më të rrepta të saktësisë vendosen për rezistorët e rendit të lartë, pasi përhapja e rrymave në to nuk duhet të kalojë rrymën e shkarkimit të rendit të ulët. Prandaj, përhapja e rezistencës në shkarkimin k-të duhet të jetë më e vogël se

Nga kjo gjendje rrjedh se përhapja në rezistencën e rezistencës, për shembull, në shifrën e katërt nuk duhet të kalojë 3%, dhe në shifrën e 10 - 0.05%, etj.

Skema e konsideruar, me gjithë thjeshtësinë e saj, ka një bandë të tërë disavantazhesh. Së pari, me kode të ndryshme hyrëse, rryma e konsumuar nga burimi i tensionit të referencës (RV) do të jetë i ndryshëm dhe kjo do të ndikojë në vlerën e tensionit të daljes RV. Së dyti, vlerat e rezistencave të rezistorëve të peshimit mund të ndryshojnë mijëra herë, dhe kjo e bën shumë të vështirë zbatimin e këtyre rezistorëve në IC gjysmëpërçues. Për më tepër, rezistenca e rezistorëve të rendit të lartë në DAC me shumë bit mund të jetë në përpjesëtim me rezistencën e një ndërprerësi të mbyllur, dhe kjo do të çojë në një gabim konvertimi. Së treti, në këtë qark, një tension i konsiderueshëm aplikohet në çelsat e hapura, gjë që e ndërlikon ndërtimin e tyre.

Këto disavantazhe eliminohen në qarkun AD7520 DAC (analog i brendshëm i 572PA1), i zhvilluar nga Analog Devices në 1973, i cili tani është në thelb një standard industrial (shumë modele DAC bazohen në të). Skema e treguar është paraqitur në Fig. 4. Transistorët MOS përdoren këtu si çelësa.

Oriz. 4. Qarku DAC me ndërprerës dhe matricë me impedancë konstante

Në këtë skemë, vendosja e koeficientëve të peshimit të hapave të konvertuesit kryhet duke ndarë në mënyrë sekuenciale tensionin e referencës duke përdorur një matricë rezistente me rezistencë konstante. Elementi kryesor i një matrice të tillë është një ndarës i tensionit (Fig. 5), i cili duhet të plotësojë kushtin e mëposhtëm: nëse është i ngarkuar në një rezistencë R n, atëherë hyrja e rezistencës së saj hyrëse R duhet gjithashtu të marrë vlerën R n. Koeficienti i zbutjes së zinxhirit a = U 2 / U 1 në këtë ngarkesë duhet të ketë një vlerë të caktuar. Kur plotësohen këto kushte, marrim shprehjet e mëposhtme për rezistencat:

Me kodim binar, a = 0.5. Nëse vendosim R n = 2R, atëherë R s = R dhe R p = 2R në përputhje me Fig. 4.

Meqenëse në çdo pozicion të çelsave S k ata lidhin terminalet e poshtme të rezistorëve me autobusin e përbashkët të qarkut, burimi i tensionit të referencës ngarkohet në një rezistencë konstante hyrëse R in = R. Kjo siguron që voltazhi i referencës të mbetet konstant për çdo kod hyrës DAC.

Sipas fig. 4, rrymat e daljes së qarkut përcaktohen nga raportet

dhe rryma hyrëse

Meqenëse terminalet e poshtme të rezistorëve 2R të matricës për çdo gjendje të çelsave S k janë të lidhur me autobusin e zakonshëm të qarkut përmes një rezistence të ulët të çelësave të mbyllur, tensionet nëpër çelësa janë gjithmonë të vogla, brenda disa milivolt. . Kjo thjeshton ndërtimin e çelsave dhe qarqeve të kontrollit dhe lejon përdorimin e një tensioni referencë nga një gamë e gjerë, duke përfshirë ato me polaritet të ndryshëm. Meqenëse rryma e daljes DAC varet nga U op në mënyrë lineare (shih (8)), konvertuesit e këtij lloji mund të përdoren për të shumëzuar një sinjal analog (duke e ushqyer atë në hyrjen e tensionit të referencës) me një kod dixhital. Këto DAC quhen DAC shumëzuese (MDAC).

Saktësia e këtij qarku zvogëlohet nga fakti se për DAC që kanë një kapacitet të lartë bit, është e nevojshme të përputhen rezistencat R 0 të çelsave me rrymat e shkarkimit. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për çelësat e rendit të lartë. Për shembull, në AD7520 DAC 10-bitësh, MOSFET-et kyçe të gjashtë biteve më domethënës janë bërë të ndryshëm në zonë dhe rezistenca e tyre R 0 rritet sipas kodit binar (20, 40, 80,:, 640 Ohm). Në këtë mënyrë, rënia e tensionit në çelësat e gjashtë shifrave të para barazohet (deri në 10 mV), gjë që siguron monotoninë dhe linearitetin e përgjigjes kalimtare të DAC. 12-bit DAC 572PA2 ka jolinearitet diferencial deri në 0,025% (1 LSB).

DAC në çelësat MOS kanë një shpejtësi relativisht të ulët për shkak të kapacitetit të madh hyrës të çelësave MOS. I njëjti 572PA2 ka një kohë vendosjeje të rrymës së daljes kur ndryshon kodin e hyrjes nga 000 ... 0 në 111 ... 1, e barabartë me 15 μs. Burr-Braun DAC7611 12-bitësh ka një kohë vendosjeje dalëse prej 10 µs. Në të njëjtën kohë, DAC-të e bazuara në çelsat MOS kanë konsum minimal të energjisë. I njëjti DAC7611 konsumon vetëm 2,5 mW. Kohët e fundit, ka pasur modele të DAC-ve të tipit të diskutuar më sipër me një shpejtësi më të lartë. Për shembull, AD7943 12-bitësh ka një kohë vendosjeje prej 0,6 μs dhe një konsum energjie prej vetëm 25 μW. Konsumi i ulët i brendshëm lejon që DAC të tilla mikrofuqie të furnizohen drejtpërdrejt nga burimi i tensionit të referencës. Në të njëjtën kohë, ata mund të mos kenë as një kunj për lidhjen e një ION, për shembull, një AD5321.

DAC në burimet aktuale

DAC-të në burimet aktuale kanë saktësi më të lartë. Ndryshe nga versioni i mëparshëm, në të cilin rrymat e peshës formohen nga rezistorë relativisht të vegjël dhe, si rezultat, varen nga rezistenca e çelsave dhe ngarkesa, në këtë rast rrymat e peshës sigurohen nga burime të rrymës së tranzitorit me rezistencë të lartë dinamike. Një qark i thjeshtuar DAC i bazuar në burimet aktuale është paraqitur në Fig. 6.

Oriz. 6. Qarku DAC në burimet e rrymës

Rrymat e peshës gjenerohen duke përdorur një matricë rezistente. Potencialet bazë të transistorëve janë të njëjta, dhe në mënyrë që potencialet e emetuesve të të gjithë transistorëve të jenë të barabarta, zonat e emetuesve të tyre bëhen të ndryshme në përputhje me koeficientët e peshës. Rezistenca e matricës së djathtë nuk është e lidhur me autobusin e përbashkët, si në diagramin në Fig. 4, dhe dy transistorë identikë të lidhur paralelisht VT 0 dhe VT n, si rezultat i të cilave rryma përmes VT 0 është e barabartë me gjysmën e rrymës përmes VT 1. Tensioni i hyrjes për matricën rezistente krijohet duke përdorur transistorin referencë VT op dhe amplifikuesin operacional OU1, tensioni i daljes i të cilit është vendosur në mënyrë që rryma e kolektorit të tranzitorit VT op të marrë vlerën I op. Rryma e daljes për DAC N-bit

Shembuj tipikë të DAC-ve në çelsat rrymë me transistorë bipolarë si ndërprerës janë 594PA1 12-bitësh me një kohë vendosjeje prej 3,5 μs dhe një gabim lineariteti jo më shumë se 0,012% dhe AD565 12-bit, i cili ka një kohë vendosjeje prej 0,2 μs. me të njëjtin gabim lineariteti. AD668 është edhe më i shpejtë me një kohë rregullimi 90 ns dhe të njëjtin gabim lineariteti. Modelet më të reja përfshijnë një AD9764 14-bit me kohë vendosjeje 35 ns dhe një gabim lineariteti jo më shumë se 0,01%. Fazat diferenciale bipolare, në të cilat transistorët funksionojnë në një mënyrë aktive, shpesh përdoren si ndërprerës për rrymën S k. Kjo lejon që koha e vendosjes të reduktohet në disa nanosekonda. Qarku i ndërprerësit aktual në amplifikatorët diferencialë është paraqitur në Fig. 7.

Fazat diferenciale VT 1 -VT 3 dhe VT "1 -VT" 3 formohen nga valvulat standarde ECL. Rryma I k që rrjedh nëpër terminalin e kolektorit të përcjellësit të emetuesit të daljes është rryma dalëse e qelizës. Nëse një tension i nivelit të lartë aplikohet në hyrjen dixhitale D k, atëherë hapet transistori VT 3 dhe tranzistori VT "3 mbyllet. Rryma e daljes përcaktohet nga shprehja

Saktësia rritet ndjeshëm nëse rezistenca R e zëvendësohet nga një burim rrymë konstante, si në qark në Fig. 6. Për shkak të simetrisë së qarkut, është e mundur të gjenerohen dy rryma dalëse - të drejtpërdrejta dhe të kundërta. Modelet më të shpejta të DAC-ve të tilla kanë nivele të hyrjes ECL. Një shembull është MAX555 12-bit, i cili ka një kohë vendosjeje prej 4 ns deri në 0,1%. Meqenëse sinjalet dalëse të DAC-ve të tilla kapin diapazonin e radiofrekuencës, ato kanë një rezistencë dalëse prej 50 ose 75 ohms, e cila duhet të përputhet me rezistencën karakteristike të kabllit të lidhur me daljen e konvertuesit.

APLIKACIONI DAC

Përdorimi i konvertuesve dixhital në analog nuk vlen vetëm për fushën e konvertimit nga kodi në analog. Duke përdorur vetitë e tyre, ju mund të përcaktoni produktet e dy ose më shumë sinjaleve, të ndërtoni ndarës funksionesh, lidhje analoge të kontrolluara nga mikrokontrolluesit, siç janë zbutësit, integruesit. Gjeneruesit e sinjalit, duke përfshirë format e valëve arbitrare, janë gjithashtu një fushë e rëndësishme e aplikimit të DAC. Disa nga qarqet e përpunimit të sinjalit që përfshijnë konvertuesit D/A janë diskutuar më poshtë.

Trajtimi i numrave të nënshkruar

Deri më tani, kur përshkruanim konvertuesit dixhital në analog, informacioni dixhital i hyrjes përfaqësohej në formën e numrave natyrorë (unipolar). Trajtimi i numrave të plotë (bipolar) ka veçori të caktuara. Në mënyrë tipike, numrat e plotë binarë përfaqësohen duke përdorur kodin e plotësimit të dy. Në këtë mënyrë, duke përdorur tetë shifra, ju mund të përfaqësoni numra në rangun nga -128 në +127. Kur futni numra në DAC, ky varg numrash zhvendoset në 0 ... 255 duke shtuar 128. Numrat më të mëdhenj se 128 konsiderohen pozitivë dhe numrat më të vegjël se 128 janë negativë. Mesatarja 128 korrespondon me zero. Ky paraqitje e numrave të nënshkruar quhet kod kompensues. Shtimi i një numri që është gjysma e shkallës së plotë të një thellësie të caktuar të bitit (në shembullin tonë, është 128) mund të kryhet lehtësisht duke përmbysur bitin më domethënës (të nënshkruar). Korrespondenca e kodeve të konsideruara është ilustruar në tabelë. 1.

Tabela 1

Marrëdhënia midis vlerave dixhitale dhe analoge

Për të marrë sinjalin e daljes me nënshkrimin e saktë, duhet të zhvendosni mbrapsht duke zbritur rrymën ose tensionin që është gjysma e shkallës së transduktorit. Kjo mund të bëhet në mënyra të ndryshme për lloje të ndryshme DAC. Për shembull, në një DAC të bazuar në burimet e rrymës, diapazoni i variacionit të tensionit të referencës është i kufizuar dhe tensioni i daljes ka polaritetin e kundërt me atë të tensionit të referencës. Në këtë rast, modaliteti bipolar zbatohet më lehtë duke lidhur një rezistencë shtesë të paragjykimit R cm ndërmjet daljes DAC dhe hyrjes së tensionit të referencës (Fig. 8a). Rezistenca R cm është bërë në një çip IC. Rezistenca e saj zgjidhet në mënyrë që rryma I cm të jetë gjysma e vlerës maksimale të rrymës së daljes DAC.

Në parim, problemi i paragjykimit të rrymës së daljes mund të zgjidhet në një mënyrë të ngjashme për një DAC të bazuar në çelsat MOS. Për ta bërë këtë, ju duhet të përmbysni tensionin e referencës dhe më pas të formoni një rrymë paragjykimi nga -U op, e cila duhet të zbritet nga rryma e daljes DAC. Megjithatë, për të ruajtur stabilitetin termik, është më mirë të sigurohet gjenerimi i rrymës së paragjykimit direkt në DAC. Për ta bërë këtë, qarku në Fig. 8a, futet një përforcues i dytë operacional dhe dalja e dytë DAC lidhet me hyrjen e këtij op-amp (Fig. 8b).

Rryma e dytë e daljes DAC,

Në hyrjen e OU1, rryma I "out përmblidhet me rrymën I mr, e cila korrespondon me njësinë e bitit më pak të rëndësishëm të kodit hyrës.

Rryma totale është e përmbysur. Rryma që rrjedh përmes rezistencës kthyese R OS OS2 është

Ose

Në

dhe në

Në rastin e N = 8, deri në një faktor 2, përkon me të dhënat në tabelë. 6, duke marrë parasysh faktin se për konvertuesin në çelsat MOS, rryma maksimale e daljes është

Nëse rezistorët R 2 përputhen mirë në rezistencë, atëherë ndryshimi absolut në vlerën e tyre me luhatjet e temperaturës nuk ndikon në tensionin e daljes së qarkut.

Në konvertuesit dixhital në analog me një sinjal dalës në formën e një tensioni, të ndërtuar mbi një matricë rezistente inverse (shih Fig. 9), është më e lehtë të zbatohet një modalitet bipolar (Fig. 8c). Në mënyrë tipike, DAC të tilla përmbajnë një amplifikues buferi të daljes në çip. Për të operuar DAC në një lidhje unipolare, dalja e lirë e rezistencës së poshtme R sipas skemës nuk është e lidhur ose e lidhur me një pikë të përbashkët të qarkut për të dyfishuar tensionin e daljes. Për funksionimin bipolar, terminali i lirë i kësaj rezistence është i lidhur me hyrjen e tensionit të referencës DAC. Në këtë rast, op-amp funksionon në lidhje diferenciale dhe tensionin e tij në dalje

Siç u përmend më lart, konvertuesit DAC në çelsat MOS lejojnë një ndryshim në tensionin e referencës në një gamë të gjerë, duke përfshirë një ndryshim në polaritet. Tensioni i daljes DAC është proporcional me produktin e tensionit të referencës dhe kodit dixhital të hyrjes. Kjo rrethanë bën të mundur përdorimin e drejtpërdrejtë të DAC të tilla për shumëzimin e një sinjali analog me një kod dixhital.

Kur DAC është unipolar, sinjali i daljes është proporcional me produktin e sinjalit analog bipolar nga kodi dixhital unipolar. Një shumëzues i tillë quhet dy kuadrant. Kur DAC është bipolar (Fig. 8b dhe 8c), sinjali i daljes është proporcional me produktin e sinjalit analog bipolar nga kodi dixhital bipolar. Ky qark mund të funksionojë si një shumëzues me katër kuadrantë.

Ndarja e tensionit të hyrjes me shkallën dixhitale M D = D / 2 N kryhet duke përdorur një qark ndarës me dy kuadrantë (Fig. 9).

Në diagramin në fig. 9a, konverteri në çelsat MOS me një dalje rryme funksionon si një konvertues i tensionit në rrymë i kontrolluar nga kodi D dhe i përfshirë në qarkun e reagimit OA. Tensioni i hyrjes aplikohet në terminalin e lirë të rezistencës së reagimit DAC të vendosur në çipin IC.

Në këtë qark, rryma e daljes DAC është

që në kushtin R o = R jep

Duhet të theksohet se kur kodi është "të gjitha zero", reagimi hapet. Kjo mënyrë mund të parandalohet ose duke e ndaluar një kod të tillë në mënyrë programore, ose duke lidhur një rezistencë me një rezistencë të barabartë me R · 2 N + 1 midis daljes dhe hyrjes përmbysëse të op-amp.

Qarku ndarës i bazuar në një DAC me një dalje në formën e një tensioni, i ndërtuar mbi një matricë rezistente të kundërt dhe duke përfshirë një op-amp tampon, është paraqitur në Fig. 9b. Tensionet e daljes dhe të hyrjes së këtij qarku lidhen me ekuacionin

kjo nënkupton .

Në këtë qark, përforcuesi mbulohet nga reagime pozitive dhe negative. Për mbizotërimin e reagimeve negative (përndryshe op-amp do të kthehet në një krahasues), kushti D<2 N-1 или M D <1/2. Это ограничивает значение входного кода нижней половиной шкалы.

PARAMETRAT DAC

Me një rritje sekuenciale të vlerave të sinjalit dixhital të hyrjes D (t) nga 0 në 2 N-1 përmes njësisë së bitit më pak të rëndësishëm (EMP), sinjali i daljes U out (t) formon një kurbë të shkallëzuar. Kjo varësi zakonisht quhet karakteristikë e konvertimit të DAC. Në mungesë të gabimeve të harduerit, pikat e mesit të hapave janë të vendosura në vijën e drejtë ideale 1 (Fig. 10), e cila korrespondon me karakteristikën ideale të transformimit. Karakteristika aktuale e transformimit mund të ndryshojë ndjeshëm nga idealja në madhësinë dhe formën e hapave, si dhe vendndodhjen në planin koordinativ. Ekzistojnë një sërë parametrash për të përcaktuar sasinë e këtyre dallimeve.

Oriz. 10 Karakteristika statike e konvertimit DAC

Parametrat statikë

Rezolucioni - rritja e U jashtë kur konvertoni vlerat ngjitur të D j, d.m.th. të ndryshme në EMP. Ky rritje është një hap kuantizimi. Për kodet binare të konvertimit, vlera nominale e hapit të kuantizimit është h = U psh / (2 N -1), ku U psh është tensioni nominal maksimal i daljes së DAC (tensioni në shkallë të plotë), N është gjerësia e bitit të DAC. Sa më i madh të jetë kapaciteti shifror i konvertuesit, aq më i lartë është rezolucioni i tij. Saktësia e shkallës së plotë është ndryshimi relativ midis vlerave reale dhe ideale të kufirit të shkallës së konvertimit në mungesë të një kompensimi zero.

Është komponenti shumëzues i gabimit total. Ndonjëherë tregohet nga numri përkatës EMP.

Gabim kompensimi zero - Vlera U out kur kodi i hyrjes DAC është zero. Është një përbërës shtesë i gabimit total. Zakonisht tregohet në milivolt ose si përqindje e shkallës së plotë:

Jolineariteti është devijimi maksimal i karakteristikave aktuale të konvertimit U jashtë (D) nga ai optimal (rreshti 2 në Fig. 10). Karakteristika optimale gjendet në mënyrë empirike për të minimizuar vlerën e gabimit të jolinearitetit. Jolineariteti zakonisht përcaktohet në njësi relative, por në të dhënat e referencës jepet edhe në PMM. Për karakteristikën e treguar në Fig. dhjetë

Jolineariteti diferencial është ndryshimi maksimal (duke marrë parasysh shenjën) i devijimit të karakteristikës së transformimit real U jashtë (D) nga ajo optimale kur kalon nga një vlerë e kodit të hyrjes në një vlerë tjetër ngjitur. Zakonisht përcaktohet në njësi relative ose në EMP. Për karakteristikën e treguar në Fig. dhjetë,

Monotoniciteti i karakteristikave të konvertimit - një rritje (ulje) në tensionin e daljes së DAC U jashtë me një rritje (ulje) në kodin hyrës D. Nëse jolineariteti diferencial është më i madh se hapi i kuantizimit relativ h / U psh, atëherë Karakteristika e konvertuesit është jo monotonike.

Paqëndrueshmëria termike e një konverteri dixhital në analog karakterizohet nga koeficientët e temperaturës të gabimit të shkallës së plotë dhe gabimit të kompensimit zero.

Gabimet e shkallës së plotë dhe të kompensimit zero mund të eliminohen me kalibrim (shkurtim). Gabimet e jolinearitetit nuk mund të eliminohen me mjete të thjeshta.

Parametrat dinamikë të DAC përcaktohen nga ndryshimi i sinjalit të daljes me një ndryshim kërcimi në kodin hyrës, zakonisht nga vlera "të gjitha zero" në "të gjitha ato" (Fig. 11).

Oriz. 11. Përgjigja kalimtare e DAC

Koha e rregullimit është intervali kohor nga momenti kur kodi i hyrjes ndryshon (në Fig. 11 t = 0) deri në momentin kur barazia është përmbushur për herë të fundit

| U jashtë -U psh | = d / 2,

ku d / 2 zakonisht korrespondon me EMP.

Shpejtësia e goditjes është shpejtësia maksimale e ndryshimit të U jashtë (t) gjatë procesit kalimtar. Përkufizohet si raporti i rritjes DU deri në kohën Dt, gjatë së cilës ka ndodhur kjo rritje. Zakonisht specifikohet në fletën e të dhënave për një DAC me një dalje të tensionit. Për një DAC me një dalje aktuale, ky parametër varet kryesisht nga lloji i op-amp në dalje.

Për shumëzimin e DAC-ve me dalje të tensionit, shpesh specifikohen frekuenca e fitimit të unitetit dhe gjerësia e brezit të fuqisë, të cilat kryesisht përcaktohen nga vetitë e amplifikatorit të daljes.

LISTA E LITERATURËS SË PËRDORUR

1. Mikroqarqet Federkov BG, Taurus VA, DAC dhe ADC: funksionimi, parametrat, aplikimi. M .: Energoizdat, 1990. –320f.

2. Valakh VV, Grigoriev VF, ADC me shpejtësi të lartë për matjen e formës së sinjaleve të rastit M .: Instrumente dhe teknika eksperimentale. 1987. Nr 4 f.86-90

3. Qarqet e integruara me shpejtësi të lartë DAC dhe ADC dhe matja e parametrave të tyre. Redaktuar nga Marcinkyavuches. M .: Radio dhe komunikim. 1988 -224. ©

Konvertuesit dixhital në analog (DAC) - projektuar për të kthyer sinjalet dixhitale në analoge. Një konvertim i tillë është i nevojshëm, për shembull, kur rivendosni një sinjal analog, të konvertuar më parë në dixhital për transmetim në një distancë të gjatë ose ruajtje (një sinjal i tillë, në veçanti, mund të jetë i shëndoshë). Një shembull tjetër i përdorimit të një konvertimi të tillë është marrja e një sinjali kontrolli për kontrollin dixhital të pajisjeve, mënyra e funksionimit të të cilit përcaktohet drejtpërdrejt nga një sinjal analog (i cili, në veçanti, ndodh kur kontrolloni motorët).

(xtypo_quote) Parametrat kryesorë të DAC përfshijnë rezolucionin, kohën e rregullimit, gabimin e jolinearitetit, etj. (/ xtypo_quote)

Rezolucioni është reciprociteti i numrit maksimal të hapave për kuantizimin e sinjalit të daljes analoge. Vendosja e kohës t - intervali kohor nga aplikimi i kodit në hyrje deri në momentin kur sinjali i daljes hyn në kufijtë e specifikuar, të përcaktuar nga gabimi. Gabimi i jolinearitetit është devijimi maksimal i grafikut të varësisë së tensionit të daljes nga tensioni i specifikuar nga një sinjal dixhital në lidhje me vijën e drejtë ideale në të gjithë diapazonin e konvertimit.

Ashtu si ato në shqyrtim, DAC-të janë "lidhja" midis elektronikës analoge dhe dixhitale. Ekzistojnë parime të ndryshme për ndërtimin e një ADC.

Qarku DAC me përmbledhjen e rrymave të peshës

Në fig. 3.88 tregon qarkun DAC me përmbledhjen e rrymave të peshës.

Tasti S 5 mbyllet vetëm kur të gjithë çelësat S 1 ... S 4 janë të hapur (me u jashtë = 0). U 0

- tension referues. Çdo rezistencë në qarkun e hyrjes korrespondon me një bit specifik të numrit binar.

Ky DAC është në thelb një përforcues invertues i bazuar në op-amp. Analiza e një skeme të tillë nuk është e vështirë. Pra, nëse një çelës është i mbyllur

S1, pastaj u jashtë = -U 0 R oc / R

që i përgjigjet të parës dhe zeros në shifrat e mbetura.

Nga analiza e qarkut, rezulton se moduli i tensionit në dalje është proporcional me numrin, kodi binar i të cilit përcaktohet nga gjendja e çelësave S 1 ... S 4. Rrymat e çelësave S 1 ... S 4 përmblidhen në pikën "a", dhe rrymat e çelësave të ndryshëm janë të ndryshme (kanë "peshë" të ndryshme). Kjo përcakton emrin e qarkut.

Nga sa më sipër rrjedh se 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)

ku S i, i = 1, 2, 3, 4 merr vlerën 1 nëse çelësi përkatës është i mbyllur dhe 0 nëse çelësi është i hapur.

Gjendja e çelësave përcaktohet nga kodi i transformuar i hyrjes. Qarku është i thjeshtë, por ka disavantazhe: ndryshime të rëndësishme në tensionin nëpër çelësa dhe përdorimi i rezistorëve me rezistenca shumë të ndryshme. Është e vështirë të sigurohet saktësia e kërkuar e këtyre rezistencave.

DAC bazuar në matricën rezistente R - 2R

Konsideroni një DAC të bazuar në një matricë rezistente R - 2R (matricë e rezistencës konstante) (Fig. 3.89).

Qarku përdor të ashtuquajturit çelësat e ndërrimit S 1 ... S 4, secila prej të cilave në një nga gjendjet është e lidhur me një pikë të përbashkët, kështu që tensionet në çelësat janë të ulëta. Tasti S 5 mbyllet vetëm kur të gjithë çelësat S 1 ... S 4 janë të lidhur në një pikë të përbashkët. Qarku i hyrjes përdor rezistorë me vetëm dy vlera të ndryshme të rezistencës.

Nga analiza e qarkut, mund të shihni se për të, moduli i tensionit të daljes është proporcional me numrin, kodi binar i të cilit përcaktohet nga gjendja e çelësave S 1 ... S 4. Analiza është e lehtë për t'u kryer duke marrë parasysh sa vijon. Le të lidhet secili nga çelësat S 1 ... S 4 me një pikë të përbashkët. Pastaj, siç mund të shihet lehtë, voltazhi në lidhje me pikën e përbashkët në secilën nga pikat vijuese "a" ... "d" është 2 herë më i madh se në atë të mëparshmin. Për shembull, voltazhi në pikën "b" është 2 herë më i madh se në pikën "a" (tensionet U a, U b, U c dhe U d në këto pika përcaktohen si më poshtë:

Le të supozojmë se gjendja e çelësave të specifikuar ka ndryshuar. Atëherë tensionet në pikat "a" ... "d" nuk do të ndryshojnë, pasi voltazhi midis hyrjeve të amplifikatorit operacional është praktikisht zero.

Nga sa më sipër rezulton se:

u jashtë = - (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)

ku S i, i = 1, 2, 3, 4 merr vlerën 1 nëse çelësi përkatës është i mbyllur dhe 0 nëse çelësi është i hapur.

DAC për konvertimin BCD

Konsideroni një konvertim të konvertuesit dixhital në analog (BCD) (Figura 3.90).

Një matricë e veçantë R - 2R (e treguar me drejtkëndësha) përdoret për të përfaqësuar çdo shifër të numrit dhjetor. Z 0 ... Z 3 tregojnë numrat e përcaktuar nga gjendja e çelësave të secilës matricë R - 2R. Parimi i funksionimit bëhet i qartë nëse marrim parasysh se rezistenca e secilës matricë R dhe nëse analizojmë fragmentin e qarkut të paraqitur në Fig. 3.91. Nga analiza rezulton se

U 2 = U 1 · [(R || 9R) / (8,1R + R || 9R)]

R || 9R = (R 9R) / (R + 9R) = 0,9R

Prandaj, U 2 = 0,1 U 1. Me këtë në mendje, ne marrim

u jashtë = - (U 0 R oc / 16R) 10 −3 (10 3 Z 3 + 10 2 Z 2 + 10 Z 1 + Z 0)

Më të zakonshmet janë DAC të 572, 594, 1108, 1118 dhe të tjerë. 3.2 janë dhënë ...

Parametrat e disa DAC-ve

Konvertuesi analog në dixhital(ADC, konverter anglisht Analog-në-Dixhital, ADC) - një pajisje që konverton një sinjal analog hyrës në një kod diskret (sinjal dixhital). Konvertimi i kundërt kryhet duke përdorur një DAC (konvertues dixhital në analog, DAC).

Në mënyrë tipike, një ADC është një pajisje elektronike që konverton tensionin në një kod dixhital binar. Megjithatë, disa pajisje jo-elektronike me një dalje dixhitale duhet gjithashtu të klasifikohen si ADC, të tilla si disa lloje të konvertuesve kënd-kod. ADC binar më i thjeshtë njëbitësh është një krahasues.

Leja

Rezolucioni ADC - ndryshimi minimal në vlerën e një sinjali analog që mund të konvertohet nga një ADC i caktuar - lidhet me kapacitetin e tij. Në rastin e një matjeje të vetme pa marrë parasysh zhurmën, rezolucioni përcaktohet drejtpërdrejt nga kapaciteti ADC.

Kapaciteti ADC karakterizon numrin e vlerave diskrete që konverteri mund të nxjerrë në dalje. Në ADC-të binare matet me bit, në ADC-të treshe matet me trite. Për shembull, një ADC binar 8-bit është i aftë të prodhojë 256 vlera diskrete (0 ... 255), pasi një ADC treshe 8-bitësh është në gjendje të prodhojë 6561 vlera diskrete, pasi.

Rezolucioni i tensionit është i barabartë me diferencën e tensionit që korrespondon me kodin maksimal dhe minimal të daljes, pjesëtuar me numrin e vlerave diskrete të daljes. Për shembull:

Gama e hyrjes = 0 deri në 10 volt

Binar ADC 12 bit: 212 = 4096 nivele kuantizimi

Rezolucioni binar i tensionit ADC: (10-0) / 4096 = 0,00244 volt = 2,44 mV

Thellësia e bitit të ADC treshe 12 trit: 312 = 531 441 niveli i kuantizimit

Rezolucioni i tensionit të ADC treshe: (10-0) / 531441 = 0,0188 mV = 18,8 μV

Gama e hyrjes = -10 deri +10 volt

Bit ADC 14 bit: 214 = 16384 nivele kuantizimi

Rezolucioni binar i tensionit ADC: (10 - (- 10)) / 16384 = 20/16384 = 0,00122 volt = 1,22 mV

Thellësia bit e ADC treshe 14 trit: 314 = 4 782 969 nivele kuantizimi

Rezolucioni i tensionit të ADC treshe: (10 - (- 10)) / 4782969 = 0,00418 mV = 4,18 μV

Në praktikë, rezolucioni i ADC kufizohet nga raporti sinjal-zhurmë i sinjalit të hyrjes. Me një intensitet të lartë zhurme në hyrjen ADC, bëhet e pamundur të dallohen nivelet ngjitur të sinjalit të hyrjes, domethënë, rezolucioni përkeqësohet. Në këtë rast, rezolucioni real i arritshëm përshkruhet nga numri efektiv i biteve (ENOB), i cili është më i vogël se thellësia aktuale e bitit të ADC. Kur konvertoni një sinjal me shumë zhurmë, pjesët më pak të rëndësishme të kodit të daljes janë praktikisht të padobishme, pasi ato përmbajnë zhurmë. Për të arritur gjerësinë e deklaruar të bitit, raporti S / N i sinjalit të hyrjes duhet të jetë afërsisht 6 dB për çdo bit të thellësisë së bitit (6 dB korrespondon me një ndryshim të katërfishtë në nivelin e sinjalit).

Llojet e konvertimit

Sipas metodës së përdorur nga algoritmet, ADC ndahet në:

Numërimi i njëpasnjëshëm përpara

Përafrim i njëpasnjëshëm

Modulimi serik sigma-delta

Faza e vetme paralele

Paralel me dy ose më shumë faza (transportues)

Karakteristika e transferimit të ADC është varësia e ekuivalentit numerik të kodit binar të daljes nga vlera e sinjalit analog të hyrjes. Ata flasin për ADC lineare dhe jolineare. Kjo ndarje është e kushtëzuar. Të dy karakteristikat e transmetimit janë të shkallëzuara. Por për ADC-të "lineare" është gjithmonë e mundur të vizatoni një vijë të tillë të drejtë në mënyrë që të gjitha pikat e karakteristikës së transferimit të korrespondojnë me vlerat hyrëse * 2 ^ k (ku delta është hapi i kampionimit, k shtrihet në intervalin 0 ..N, ku N është gjerësia e bitit ADC) në distancë të barabartë prej tij.

Saktësia

Ka disa burime të gabimit ADC. Gabimet e kuantizimit dhe (duke supozuar se ADC duhet të jetë lineare) jolinearitetet janë të qenësishme në çdo konvertim A/D. Përveç kësaj, ekzistojnë të ashtuquajturat gabime të hapjes, të cilat janë pasojë e ngacmimit të gjeneratorit të orës; ato shfaqen kur sinjali konvertohet në tërësi (dhe jo vetëm një mostër).

Këto gabime maten në njësi të quajtura LSB - bit më pak i rëndësishëm. Në shembullin e mësipërm të një ADC binar 8-bit, një gabim në 1 LSB është 1/256 e gamës së plotë të sinjalit, domethënë 0,4%, në një ADC treshe 5-bit, një gabim në 1 LSB është 1/243 e gamës së plotë të sinjalit, që është 0,412%, në një ADC trenare 8-bit, gabimi në 1 LSM është 1/6561, domethënë 0,015%.

Llojet ADC

Më poshtë janë mënyrat kryesore për të ndërtuar ADC elektronike:

Konvertimi i drejtpërdrejtë ADC:

ADC-të paralele me konvertim të drejtpërdrejtë, plotësisht paralel me ADC-të, përmbajnë një krahasues për çdo nivel hyrje diskrete. Në çdo kohë, vetëm krahasuesit që korrespondojnë me nivelet nën nivelin e sinjalit të hyrjes nxjerrin një sinjal të tepërt në daljen e tyre. Sinjalet nga të gjithë krahasuesit shkojnë ose drejtpërdrejt në regjistrin paralel, pastaj kodi përpunohet në softuer, ose në një kodues logjik harduerësh që gjeneron kodin dixhital të kërkuar në harduer, në varësi të kodit në hyrjen e koduesit. Të dhënat nga koduesi regjistrohen në një regjistër paralel. Shpejtësia e kampionimit të ADC-ve paralele në përgjithësi varet nga karakteristikat e harduerit të portave analoge dhe logjike, si dhe nga shpejtësia e kërkuar e kampionimit.

ADC-të paralele me konvertim të drejtpërdrejtë janë më të shpejtat, por zakonisht kanë një rezolucion prej jo më shumë se 8 bit, pasi ato sjellin kosto të larta harduerike (krahasues). ADC-të e këtij lloji kanë një madhësi shumë të madhe të çipit, kapacitet të lartë hyrës dhe mund të prodhojnë gabime në dalje afatshkurtër. Përdoret shpesh për video ose sinjale të tjera me frekuencë të lartë dhe përdoren gjerësisht në industri për të monitoruar proceset që ndryshojnë me shpejtësi në kohë reale.

Operacioni ADC me tubacion përdoret në ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë paralel në serial, në ndryshim nga funksionimi normal i ADC-ve me konvertim të drejtpërdrejtë serial paralel, në të cilin të dhënat transmetohen pas konvertimit të plotë, gjatë funksionimit të tubacionit, të dhënat e konvertimit të pjesshëm transmetohen si sapo të jetë gati derisa të përfundojë konvertimi i plotë.

Një ADC me përafrim të njëpasnjëshëm, ose ADC e balancuar me bit, përmban një krahasues, një DAC ndihmëse dhe një regjistër përafrimi të njëpasnjëshëm. ADC konverton një sinjal analog në një dixhital në N hapa, ku N është kapaciteti ADC. Në çdo hap, përcaktohet një bit i vlerës dixhitale të dëshiruar, duke filluar nga NWR dhe duke përfunduar me MWR. Sekuenca e veprimeve për përcaktimin e bitit të ardhshëm është si më poshtë. DAC ndihmëse vendoset në një vlerë analoge të formuar nga bitet e përcaktuara tashmë në hapat e mëparshëm; biti që do të përcaktohet në këtë hap vendoset në 1, bitët më pak të rëndësishëm vendosen në 0. Vlera e fituar në DAC ndihmëse krahasohet me vlerën analoge hyrëse. Nëse vlera e sinjalit hyrës është më e madhe se vlera në DAC ndihmëse, atëherë biti i përcaktuar vendoset në 1, përndryshe 0. Kështu, përcaktimi i vlerës përfundimtare dixhitale është si një kërkim binar. ADC-të e këtij lloji kanë shpejtësi të lartë dhe rezolucion të mirë. Sidoqoftë, në mungesë të një pajisjeje për ruajtjen e mostrës, gabimi do të jetë shumë më i madh (imagjinoni që pas dixhitalizimit të bitit më të madh, sinjali fillon të ndryshojë).

ADC-të e kodimit diferencial (ADC me kodim delta në anglisht) përmbajnë një numërues kthimi, kodi nga i cili shkon në DAC ndihmëse. Sinjali i hyrjes dhe sinjali nga DAC ndihmëse krahasohen në një krahasues. Për shkak të reagimeve negative nga krahasuesi në numërues, kodi në numërues ndryshon vazhdimisht në mënyrë që sinjali nga DAC ndihmës të ndryshojë sa më pak të jetë e mundur nga sinjali i hyrjes. Pas njëfarë kohe, diferenca midis sinjaleve bëhet më e vogël se LSM, ndërsa kodi numërues lexohet si sinjali i daljes dixhitale të ADC. ADC-të e këtij lloji kanë një gamë shumë të madhe sinjali hyrës dhe rezolucion të lartë, por koha e konvertimit varet nga sinjali i hyrjes, megjithëse është i kufizuar nga lart. Në rastin më të keq, koha e konvertimit është e barabartë me Tmax = (2q) / fс, ku q është kapaciteti ADC, fс është frekuenca e gjeneratorit kundër orës. ADC-të me kodim diferencial janë zakonisht një zgjedhje e mirë për dixhitalizimin e sinjaleve të botës reale, pasi shumica e sinjaleve në sistemet fizike nuk janë të prirura për të kërcyer. Disa ADC përdorin një qasje të kombinuar: kodim diferencial dhe përafrim të njëpasnjëshëm; kjo funksionon veçanërisht mirë në rastet kur komponentët e frekuencës së lartë në sinjal dihet se janë relativisht të vogla.

ADC-të e krahasimit të rampës (disa ADC të këtij lloji quhen ADC Integruese, përfshijnë gjithashtu ADC sekuenciale) përmbajnë një gjenerator të tensionit me dhëmbë sharrë (në një ADC sekuencial, një gjenerator të tensionit hapësinor i përbërë nga një numërues dhe një DAC), një krahasues dhe një numërues kohe. Forma e valës së dhëmbit të sharrës ngrihet në mënyrë lineare nga e ulëta në e lartë, pastaj shpejt bie në të ulët. Në fillim të ngritjes, fillon numëruesi i kohës. Kur sinjali i dhëmbit të sharrës arrin nivelin e hyrjes, krahasuesi aktivizohet dhe ndalon numëruesin; vlera lexohet nga numëruesi dhe futet në daljen ADC. Ky lloj ADC është më i thjeshti në strukturë dhe përmban numrin minimal të elementeve. Në të njëjtën kohë, ADC-të më të thjeshta të këtij lloji kanë saktësi mjaft të ulët dhe janë të ndjeshëm ndaj temperaturës dhe parametrave të tjerë të jashtëm. Gjeneratori i dhëmbëve sharrë mund të ndërtohet rreth një numëruesi dhe një DAC ndihmës për të rritur saktësinë, por kjo strukturë nuk ka përparësi të tjera ndaj përafrimit të njëpasnjëshëm dhe ADC-ve të koduara me diferencial.

ADC-të me balancim të ngarkesës (këto përfshijnë ADC-të me integrim me dy faza, ADC-të me integrim shumëfazësh dhe disa të tjerë) përmbajnë një gjenerator të rrymës konstante, një krahasues, një integrues të rrymës, një gjenerator të orës dhe një numërues pulsi. Transformimi bëhet në dy faza (integrimi me dy faza). Në hapin e parë, vlera e tensionit të hyrjes shndërrohet në një rrymë (proporcionale me tensionin e hyrjes), e cila futet në integruesin aktual, ngarkesa e të cilit fillimisht është zero. Ky proces zgjat për kohën TN, ku T është periudha e gjeneratorit të orës, N është një konstante (një numër i madh i plotë, përcakton kohën e akumulimit të ngarkesës). Pas kësaj kohe, hyrja e integratorit shkëputet nga hyrja ADC dhe lidhet me gjeneratorin e rrymës konstante. Polariteti i gjeneratorit është i tillë që zvogëlon ngarkesën e ruajtur në integrues. Procesi i shkarkimit zgjat derisa ngarkesa në integrues të ulet në zero. Koha e shkarkimit matet duke numëruar pulset e orës që nga momenti i fillimit të shkarkimit derisa të arrihet ngarkesa zero në integrues. Numri i numëruar i pulseve të orës do të jetë kodi i daljes së ADC. Mund të tregohet se numri i pulseve n, i numëruar gjatë kohës së shkarkimit, është i barabartë me: n = Uin N (RI0) −1, ku Uin është tensioni hyrës i ADC, N është numri i pulseve në akumulim faza (e përcaktuar më lart), R është rezistenca e rezistencës që konverton tensionin e hyrjes në rrymë, I0 është vlera e rrymës nga gjeneratori i qëndrueshëm i rrymës, i cili shkarkon integruesin në fazën e dytë. Kështu, parametrat potencialisht të paqëndrueshëm të sistemit (para së gjithash, kapaciteti i kondensatorit të integratorit) nuk përfshihen në shprehjen përfundimtare. Kjo është pasojë e procesit me dy faza: gabimet e paraqitura në fazën e parë dhe të dytë zbriten reciprokisht. Edhe stabiliteti afatgjatë i gjeneratorit të orës dhe tensioni i paragjykimit të krahasuesit nuk imponohen: këta parametra duhet të jenë të qëndrueshëm vetëm për një kohë të shkurtër, domethënë gjatë çdo konvertimi (jo më shumë se 2TN). Në fakt, parimi i integrimit me dy faza ju lejon të konvertoni drejtpërdrejt raportin e dy sasive analoge (rryma hyrëse dhe referuese) në raportin e kodeve numerike (n dhe N në termat e përcaktuar më sipër) me pak ose aspak gabim shtesë. ADC-të tipike të këtij lloji janë 10 deri në 18 bit të gjerë. Një avantazh shtesë është aftësia për të ndërtuar konvertues që janë të pandjeshëm ndaj ndërhyrjeve periodike (për shembull, ndërhyrje nga furnizimi me energji elektrike) për shkak të integrimit të saktë të sinjalit të hyrjes në një interval kohor të caktuar. Disavantazhi i këtij lloji ADC është shpejtësia e ulët e konvertimit. ADC-të e balancuara me ngarkesë përdoren në instrumentet matëse me precizion të lartë.

ADC me konvertim të ndërmjetëm në ritmin e përsëritjes së pulsit. Sinjali nga sensori kalon përmes një konverteri të nivelit dhe më pas përmes një konverteri të tensionit në frekuencë. Kështu, një sinjal dërgohet drejtpërdrejt në hyrjen e qarkut logjik, karakteristika e të cilit është vetëm frekuenca e pulseve. Numëruesi logjik i pranon këto impulse si hyrje gjatë kohës së marrjes së kampionit, duke dhënë kështu në fund të tij një kombinim kodi, numerikisht të barabartë me numrin e pulseve që kanë mbërritur në konvertues gjatë kohës së marrjes së mostrave. ADC të tilla janë mjaft të ngadalta dhe jo shumë të sakta, por megjithatë ato janë shumë të thjeshta për t'u zbatuar dhe për këtë arsye kanë një kosto të ulët.

Sigma-delta-ADC-të (të quajtura edhe ADC-të delta-sigma) kryejnë konvertim analog në dixhital me një shkallë kampionimi shumë herë më të lartë se ajo e kërkuar dhe, duke filtruar, lënë vetëm brezin spektral të kërkuar në sinjal.

ADC-të jo-elektronike zakonisht ndërtohen mbi të njëjtat parime.

ADC komerciale

Si rregull, ato prodhohen në formën e mikroqarqeve.

Për shumicën e ADC-ve, gjerësia e bitit është nga 6 në 24 bit, shpejtësia e kampionimit është deri në 1 MHz. ADC mega dhe gigahertz janë gjithashtu në dispozicion (shkurt 2002). ADC-të megahertz kërkohen në kamerat video dixhitale, pajisjet e kapjes së videove dhe sintonizuesit dixhital të TV për të dixhitalizuar sinjalin video të përbërë. ADC-të komerciale zakonisht kanë një gabim në dalje prej ± 0,5 deri në ± 1,5 LSB.

Një nga faktorët që shton koston e IC-ve është numri i kunjave, pasi ato detyrojnë paketimin të bëhet më i madh dhe secila kunj duhet të lidhet me një die. Për të zvogëluar numrin e kunjave, shpesh ADC-të që funksionojnë me shpejtësi të ulët të mostrës kanë një ndërfaqe serike. ADC-të serike përdoren shpesh për të rritur densitetin e instalimeve elektrike dhe për të krijuar një tabelë më të vogël.

Shpesh mikroqarqet ADC kanë disa hyrje analoge të lidhura brenda mikroqarkut me një ADC të vetëm përmes një multiplekseri analog. Modele të ndryshme ADC mund të përfshijnë pajisje për mbajtjen e mostrës, amplifikues instrumentesh ose hyrje diferenciale të tensionit të lartë dhe qarqe të tjera të ngjashme.

Aplikacione të tjera

Konvertimi nga analog në dixhital përdoret kudo ku kërkohet për të marrë një sinjal analog dhe për ta përpunuar atë në mënyrë dixhitale.

ADC-të e veçanta të videos përdoren në sintonizuesit e televizorit kompjuterik, kartat e hyrjes së videos dhe kamerat video për të dixhitalizuar sinjalin video. Mikrofoni dhe hyrjet audio të linjës së kompjuterëve janë të lidhur me audio-ADC.

ADC-të janë një pjesë integrale e sistemeve të marrjes së të dhënave.

ADC me përafrim të njëpasnjëshëm 8-12 bit dhe ADC sigma-delta 16-24 bit janë ndërtuar në mikrokontrollues me një çip.

Nevojiten ADC shumë të shpejta në oshiloskopët dixhitalë (përdoren ADC paralele dhe me tubacion)

Balancat moderne përdorin ADC deri në 24 bit, të cilët konvertojnë sinjalin direkt nga një sensor matës tendosje (sigma-delta-ADC).

ADC-të janë pjesë e modemeve të radios dhe pajisjeve të tjera të transmetimit të të dhënave radio, ku ato përdoren së bashku me një procesor DSP si demodulues.

ADC-të ultra të shpejta përdoren në sistemet e antenave të stacionit bazë (të ashtuquajturat antena SMART) dhe në grupet e antenave të radarit.

Konvertuesi dixhital në analog (DAC) - një pajisje për konvertimin e një kodi dixhital (zakonisht binar) në një sinjal analog (rrymë, tension ose ngarkesë). Konvertuesit D/A janë ndërfaqja midis botës dixhitale diskrete dhe sinjaleve analoge.

Një konvertues analog në dixhital (ADC) kryen funksionin e kundërt.

Një DAC audio zakonisht merr një sinjal dixhital në hyrjen e tij në modulimin e kodit të pulsit (PCM, modulimi i kodit të pulsit). Detyra e konvertimit të formateve të ndryshme të ngjeshur në PCM trajtohet nga kodekët e duhur.

Aplikacion

DAC përdoret gjithmonë kur është e nevojshme të konvertohet një sinjal nga dixhital në analog, për shembull, në luajtës CD (Audio CD).

Llojet e DAC

Llojet më të zakonshme të DAC elektronike janë:

Një modulator i gjerësisë së pulsit është lloji më i thjeshtë i DAC. Një burim i qëndrueshëm i rrymës ose tensionit ndizet periodikisht për një kohë proporcionale me kodin dixhital të konvertuar, më pas sekuenca e pulsit që rezulton filtrohet nga një filtër analog me kalim të ulët. Kjo metodë përdoret shpesh për të kontrolluar shpejtësinë e motorëve elektrikë dhe po bëhet gjithashtu e njohur në pajisjet audio Hi-Fi;

DAC-të e mostrës së tepërt, të tilla si DAC-të sigma-delta, bazohen në densitetin e ndryshueshëm të pulsit. Mbingarkimi lejon përdorimin e një DAC me një thellësi bit më të ulët për të arritur një thellësi më të madhe të bitit të konvertimit përfundimtar; shpesh DAC-të delta-sigma bazohen në DAC më të thjeshtë 1-bit që është pothuajse linear. Një DAC me bit të ulët merr një sinjal pulsi me një densitet pulsi të moduluar (me një gjerësi pulsi konstante, por me një cikël funksioni të ndryshueshëm), i krijuar duke përdorur reagime negative. Reagimet negative veprojnë si një filtër me kalim të lartë për zhurmën e kuantizimit.

Shumica e DAC-ve me kapacitet të lartë (mbi 16 bit) janë ndërtuar mbi këtë parim për shkak të linearitetit të lartë dhe kostos së ulët. Performanca e DAC Delta-sigma arrin qindra mijëra mostra në sekondë, thellësia e bitit - deri në 24 bit. Një modulator i thjeshtë delta-sigma i rendit të parë ose i rendit më të lartë si MASH (Multi stage noise SHaping) mund të përdoret për të gjeneruar një sinjal të moduluar me densitet pulsi. Me rritjen e shkallës së mbikampionimit, kërkesat për filtrin e kalimit të ulët të daljes zbuten dhe frenimi i zhurmës së kuantizimit përmirësohet;

Një lloj peshimi DAC, në të cilin çdo bit i kodit binar të konvertuar korrespondon me një rezistencë ose burim aktual të lidhur me një pikë të përbashkët përmbledhjeje. Rryma e burimit (përçueshmëria e rezistencës) është proporcionale me peshën e bitit të cilit i përgjigjet. Kështu, të gjitha pjesët jo zero të kodit i shtohen peshës. Metoda e peshimit është një nga më të shpejtat, por karakterizohet nga saktësi e ulët për shkak të nevojës për një grup burimesh të ndryshme precize ose rezistencash dhe rezistencë të ndryshueshme. Për këtë arsye, DAC-të e peshimit nuk janë më shumë se tetë bit të gjera;

Shkallë DAC (qark zinxhir R-2R). Në R-2R-DAC, vlerat krijohen në një qark të veçantë të përbërë nga rezistorë me rezistenca R dhe 2R, të quajtur një matricë e rezistencës konstante, e cila ka dy lloje të ndërrimit: direkt - një matricë rrymash dhe inverse - a. matrica e tensioneve. Përdorimi i të njëjtave rezistorë mund të përmirësojë ndjeshëm saktësinë në krahasim me një DAC të peshimit konvencional, pasi është relativisht e lehtë të prodhohet një grup elementesh precize me të njëjtat parametra. DAC të tipit R-2R lejojnë të shtyjnë kufizimet në gjerësinë e bitit. Me rezistorë të prerë me lazer në një nënshtresë të vetme, arrihet një saktësi prej 20-22 bit. Pjesa më e madhe e kohës së konvertimit shpenzohet në amplifikatorin operacional, kështu që duhet të ketë performancë maksimale. Shpejtësia DAC prej disa mikrosekonda ose më pak (d.m.th. nanosekonda);

Specifikimet

DAC-të janë të vendosura në fillim të shtegut analog të çdo sistemi, prandaj parametrat DAC përcaktojnë kryesisht parametrat e të gjithë sistemit në tërësi. Më poshtë janë karakteristikat më të rëndësishme të një DAC.

Thellësia e bitit është numri i niveleve të ndryshme të sinjalit të daljes që DAC mund të riprodhojë. Zakonisht jepet në bit; numri i biteve është logaritmi bazë 2 i numrit të niveleve. Për shembull, një DAC me një bit është i aftë të riprodhojë dy nivele () dhe një DAC me tetë bit është i aftë të luajë 256 () nivele. Thellësia e bitit është e lidhur ngushtë me thellësinë e bitit efektiv (ENOB, Numri efektiv i biteve), i cili tregon rezolucionin real që mund të arrihet në një DAC të caktuar.

Shpejtësia maksimale e kampionimit është frekuenca maksimale në të cilën DAC mund të funksionojë për të prodhuar daljen e duhur. Në përputhje me teoremën Nyquist - Shannon (e njohur edhe si teorema Kotelnikov), për riprodhimin e saktë të një sinjali analog nga një formë dixhitale, është e nevojshme që frekuenca e kampionimit të jetë jo më pak se dyfishi i frekuencës maksimale në spektrin e sinjalit. Për shembull, për të riprodhuar të gjithë gamën e frekuencës audio të dëgjueshme nga njeriu, spektri i të cilit shtrihet deri në 20 kHz, është e nevojshme që sinjali audio të merret me një frekuencë prej të paktën 40 kHz. Standardi Audio CD vendos shpejtësinë e kampionimit të audios në 44,1 kHz; për të riprodhuar këtë sinjal, ju nevojitet një DAC i aftë të funksionojë në këtë frekuencë. Në kartat e lira të zërit të kompjuterit, shkalla e kampionimit është 48 kHz. Sinjalet e marra në kampione në frekuenca të tjera janë mbikampionuar deri në 48 kHz, gjë që degradon pjesërisht cilësinë e sinjalit.

Monotonia është vetia e një DAC për të rritur sinjalin e daljes analoge ndërsa kodi i hyrjes rritet.

THD + N (Total Harmonic Distortion + Noise) është një masë e shtrembërimit dhe zhurmës së futur në sinjal nga DAC. Shprehet si përqindje e fuqisë harmonike dhe zhurmës në sinjalin e daljes. Një parametër i rëndësishëm për aplikacionet DAC me sinjal të vogël.

Gama dinamike është raporti i sinjalit më të madh dhe më të vogël që mund të riprodhojë DAC, i shprehur në decibel. Ky parametër lidhet me gjerësinë e bitit dhe pragun e zhurmës.

Karakteristikat statike:

DNL (jolineariteti diferencial) - karakterizon se si rritja e sinjalit analog, e marrë kur kodi rritet me 1 bit më pak të rëndësishëm (LSB), ndryshon nga vlera e saktë;

INL (jolineariteti integral) - karakterizon se sa ndryshon karakteristika e transferimit të DAC nga idealja. Karakteristika ideale është rreptësisht lineare; INL tregon se sa është tensioni në daljen DAC për një kod të caktuar nga karakteristika lineare; e shprehur në pagë minimale;

fitim;

paragjykim.

Karakteristikat e frekuencës:

SNDR (raporti sinjal-zhurmë + shtrembërimi) - karakterizon në decibel raportin e fuqisë së sinjalit të daljes me fuqinë totale të zhurmës dhe shtrembërimit harmonik;

HDi (koeficienti i harmonikës i-të) - karakterizon raportin e harmonikës së i-të me harmonikën themelore;

THD (Deformimi total harmonik) - raporti i fuqisë totale të të gjitha harmonikave (përveç të parës) me fuqinë e harmonikës së parë

Konvertuesit D/A kanë karakteristika statike dhe dinamike.

Karakteristikat statike të DAC

Kryesor karakteristikat statike DAC-të janë:

· rezolucioni;

· Jolineariteti;

· Jolineariteti diferencial;

· Monotonia;

· Faktori i konvertimit;

· Gabimet absolute të shkallës së plotë;

· Gabimet relative të shkallës së plotë;

· Kompensimi zero;

Gabim absolut

Rezolucioni A është rritja U OUT kur konvertohen vlerat ngjitur të D j, d.m.th. ndryshon me një shifër më pak të rëndësishme (EMP). Ky rritje është një hap kuantizimi. Për kodet e transformimit binar, vlera nominale e hapit të kuantizimit është

h = U PSh / (2 N - 1),

ku U ПШ është voltazhi nominal maksimal i daljes së DAC (tensioni në shkallë të plotë), N është kapaciteti i DAC. Sa më i madh të jetë kapaciteti shifror i konvertuesit, aq më i lartë është rezolucioni i tij.

Saktësia e shkallës së plotë - ndryshimi relativ midis vlerave reale dhe ideale të kufirit të shkallës së konvertimit në mungesë të një kompensimi zero, d.m.th.

Është komponenti shumëzues i gabimit total. Ndonjëherë tregohet nga numri përkatës EMP.

Gabim kompensimi zero - vlera e U OUT kur kodi hyrës i DAC është zero. Është një përbërës shtesë i gabimit total. Zakonisht tregohet në milivolt ose si përqindje e shkallës së plotë:

Jolineariteti - devijimi maksimal i karakteristikave aktuale të konvertimit U OUT (D) nga ai optimal (Fig. 5.2, rreshti 2). Karakteristika optimale gjendet në mënyrë empirike për të minimizuar vlerën e gabimit të jolinearitetit. Jolineariteti zakonisht përcaktohet në njësi relative, por në të dhënat e referencës jepet edhe në PMM. Për karakteristikën e treguar në Fig. 5.2,

Jolineariteti diferencial - ndryshimi maksimal (duke marrë parasysh shenjën) e devijimit të karakteristikës reale të konvertimit U OUT (D) nga ajo optimale kur kalon nga një vlerë e kodit të hyrjes në një vlerë tjetër ngjitur. Zakonisht përcaktohet në njësi relative ose në EMP. Për karakteristikën e treguar në Fig. 5.2,

Monotone Karakteristikat e konvertimit - një rritje (ulje) në tensionin e daljes së DAC (U OUT) me një rritje (ulje) në kodin e hyrjes D... Nëse jolineariteti diferencial është më i madh se hapi i kuantizimit relativ h/U PN, atëherë karakteristika e transduktorit është jo monotonike.

Paqëndrueshmëria e temperaturës së DAC karakterizohet nga koeficientët e temperaturës gabime në shkallë të plotë dhe gabime të kompensimit zero.

Gabimet e shkallës së plotë dhe të kompensimit zero mund të eliminohen me kalibrim (shkurtim). Gabimet e jolinearitetit nuk mund të eliminohen me mjete të thjeshta.

Karakteristikat dinamike të DAC

TE karakteristika dinamike jam DAC-të përfshijnë kohën e shlyerjes dhe kohën e konvertimit.

Me një rritje vijuese në vlerat e sinjalit dixhital të hyrjes D (t) nga 0 në (2 N - 1) përmes njësisë së bitit më pak të rëndësishëm, sinjali i daljes U OUT (t) formon një kurbë me shkallë. Kjo varësi zakonisht quhet karakteristikë e konvertimit të DAC. Në mungesë të gabimeve të harduerit, pikat e mesit të hapave janë të vendosura në vijën e drejtë ideale 1 (shih Fig. 5.2), e cila korrespondon me karakteristikën ideale të transformimit. Karakteristika aktuale e transformimit mund të ndryshojë ndjeshëm nga idealja në madhësinë dhe formën e hapave, si dhe vendndodhjen në planin koordinativ. Ekzistojnë një sërë parametrash për të përcaktuar sasinë e këtyre dallimeve.

Parametrat dinamikë të DAC përcaktohen nga ndryshimi i sinjalit të daljes me një ndryshim kërcimi në kodin hyrës, zakonisht nga vlera "të gjitha zero" në "të gjitha ato" (Fig. 5.3).

Koha e rregullimit - intervali kohor nga momenti i ndryshimit
kodi hyrës (Fig.5.3, t = 0) deri në ekzekutimin e fundit të barazisë:

| U OUT - U PSH | = d / 2,

ku d / 2 zakonisht korrespondon me EMP.

Shkalla e goditjes - shpejtësia maksimale e ndryshimit U OUT (t) gjatë procesit kalimtar. Përcaktuar si raport i rritjes D U OUT deri në kohën Dt gjatë së cilës ka ndodhur kjo rritje. Zakonisht specifikohet në fletën e të dhënave për një DAC me një dalje të tensionit. Për konvertuesit dixhital në analog me një dalje rryme, ky parametër varet shumë nga lloji i op-amp dalës.

Figura 5.4 tregon dy metoda të linearizimit, nga të cilat rezulton se metoda e linearizimit për të marrë vlerën minimale të D l, e paraqitur në Fig. 5.4, b, ju lejon të zvogëloni gabimin D l përgjysmë në krahasim me metodën e linearizimit sipas pikave kufitare (Fig. 5.4, a).

Për konvertuesit dixhital në analog me n shifra binare, në rastin ideal (në mungesë të gabimeve të konvertimit), dalja analoge U OUT lidhet me numrin binar të hyrjes si më poshtë:

U OUT = U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 + ... + a n 2 -n),

ku U OP është tensioni i referencës së DAC (nga një burim i integruar ose i jashtëm).

Meqenëse ∑ 2 -i = 1 - 2 -n, atëherë me të gjithë bitat e ndezur, voltazhi i daljes së DAC është:

U OUT (a 1 ... a n) = U OP (1 - 2 -n) = (U OP / 2 n) (2 n - 1) = D (2 n - 1) = U PS,

ku U ПШ - tension në shkallë të plotë.

Kështu, kur të gjithë bitët janë ndezur, voltazhi i daljes së konvertuesit dixhital në analog, i cili në këtë rast formon U PN, ndryshon nga vlera e tensionit të referencës (U OP) me vlerën e bitit më pak të rëndësishëm. i konvertuesit (D), i përcaktuar si

D = U OP / 2 n.

Kur çdo bit i i-të është i ndezur, voltazhi i daljes së DAC përcaktohet nga raporti:

U OUT / a i = U OP 2 -i.

Konvertuesi dixhital në analog konverton kodin binar dixhital Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 në një vlerë analoge, zakonisht tensionin U OUT. ose aktuale I OUT. Çdo bit i kodit binar ka një peshë të caktuar të bitit i-të dy herë më shumë se pesha e (i-1) -të. Operacioni DAC mund të përshkruhet me formulën e mëposhtme:

U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 + ...),

ku e është voltazhi që korrespondon me peshën e bitit më pak të rëndësishëm, Q i është vlera e bitit i-të të kodit binar (0 ose 1).

Për shembull, numri 1001 korrespondon me:

U OUT = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,

në numrin 1100 korrespondon

U OUT = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · e.

Një konvertues dixhital në analog (DAC) është një pajisje për konvertimin e një kodi dixhital në një sinjal analog në proporcion me vlerën e kodit.

DAC-të përdoren për të lidhur sistemet e kontrollit dixhital me pajisje që kontrollohen nga niveli i një sinjali analog. Gjithashtu, DAC është një pjesë integrale në shumë struktura të pajisjeve dhe konvertuesve analog-në-dixhital.

DAC karakterizohet nga një funksion konvertimi. Ai lidh një ndryshim në një kod dixhital me një ndryshim në tension ose rrymë. Funksioni i konvertimit të DAC shprehet si më poshtë

Ju jashtë- vlera e tensionit të daljes që korrespondon me kodin dixhital N në furnizohet me hyrjet DAC.

U maksimum- Tensioni maksimal i daljes që korrespondon me aplikimin e kodit maksimal në hyrje N max

Vlera Te dac, i përcaktuar nga raporti, quhet koeficienti i konvertimit dixhital në analog. Pavarësisht nga forma e shkallëzuar e karakteristikës që lidhet me një ndryshim diskret në vlerën e hyrjes (kodi dixhital), besohet se DAC-të janë konvertues linearë.

Nëse vlera N në përfaqësojnë përmes vlerave të peshave të shifrave të tij, funksioni i transformimit mund të shprehet si më poshtë

, ku

i- numri bit i kodit të hyrjes N në; A i- kuptimi i-shifror (zero ose një); U i - pesha i-kategoria; n është numri i biteve të kodit hyrës (numri i biteve DAC).

Pesha e shkarkimit përcaktohet për një thellësi specifike të bitit dhe llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme

U OP - Tensioni i referencës DAC

Parimi i funksionimit të shumicës së DAC-ve është përmbledhja e pjesës së sinjaleve analoge (pesha bit), në varësi të kodit të hyrjes.

DAC mund të zbatohet duke mbledhur rrymat, duke përmbledhur tensionet dhe duke ndarë tensionet. Në rastin e parë dhe të dytë, në përputhje me vlerat e biteve të kodit të hyrjes, përmblidhen sinjalet e gjeneratorëve të rrymave dhe burimeve të EMF. Ky i fundit është një ndarës i tensionit i kontrolluar me kod. Dy metodat e fundit nuk përdoren gjerësisht për shkak të vështirësive praktike të zbatimit të tyre.

Metodat për zbatimin e një DAC me përmbledhje të ponderuar të rrymave

Konsideroni ndërtimin e DAC më të thjeshtë me përmbledhjen e peshuar të rrymave.

Ky DAC përbëhet nga një grup rezistencash dhe një grup çelsash. Numri i çelësave dhe numri i rezistorëve është i barabartë me numrin e biteve n kodin e hyrjes. Vlerat e rezistencës zgjidhen në përputhje me ligjin binar. Nëse R = 3 ohmë, atëherë 2R = 6 ohmë, 4R = 12 ohmë, e kështu me radhë, d.m.th. çdo rezistencë pasuese është 2 herë më e madhe se ajo e mëparshme. Kur lidhet një burim tensioni dhe çelësat mbyllen, një rrymë do të rrjedhë nëpër çdo rezistencë. Vlerat e rrymave nëpër rezistorë, për shkak të zgjedhjes së duhur të vlerësimeve të tyre, do të shpërndahen gjithashtu sipas ligjit binar. Gjatë paraqitjes së kodit të hyrjes N nëçelësat ndizen në përputhje me vlerën e biteve përkatëse të kodit hyrës. Çelësi mbyllet nëse shifra përkatëse është e barabartë me një. Në këtë rast, rrymat proporcionale me peshat e këtyre shkarkimeve përmblidhen në nyje dhe vlera e rrymës që rrjedh nga nyja në tërësi do të jetë proporcionale me vlerën e kodit të hyrjes. N në.

Rezistenca e rezistorëve të matricës zgjidhet mjaft e madhe (dhjetëra kΩ). Prandaj, për shumicën e rasteve praktike, DAC luan rolin e një burimi aktual për ngarkesën. Nëse është e nevojshme të merret një tension në daljen e konvertuesit, atëherë një konvertues i tensionit aktual është instaluar në daljen e një DAC të tillë, për shembull, në një përforcues operacional

Megjithatë, kur kodi ndryshohet në hyrjet DAC, sasia e rrymës së tërhequr nga burimi i tensionit të referencës ndryshon. Ky është disavantazhi kryesor i kësaj metode të ndërtimit të një DAC. . Kjo metodë ndërtimi mund të përdoret vetëm nëse referenca e tensionit do të jetë me një rezistencë të ulët të brendshme. Në një rast tjetër, në momentin e ndryshimit të kodit të hyrjes, rryma e marrë nga burimi ndryshon, gjë që çon në një ndryshim në rënien e tensionit në rezistencën e tij të brendshme dhe, nga ana tjetër, në një ndryshim shtesë në rrymën e daljes që nuk lidhet drejtpërdrejt. për ndryshimin e kodit. Ky pengesë mund të eliminohet nga struktura e DAC me çelësa komutues.

Kjo strukturë ka dy nyje dalëse. Në varësi të vlerës së biteve të kodit hyrës, çelësat që u korrespondojnë atyre lidhen me nyjen e lidhur me daljen e pajisjes, ose me një nyje tjetër, e cila më së shpeshti është e tokëzuar. Në këtë rast, përmes çdo rezistence të matricës, rryma rrjedh vazhdimisht, pavarësisht nga pozicioni i çelësit, dhe sasia e rrymës së konsumuar nga burimi i tensionit të referencës është konstante.

Një disavantazh i përbashkët i të dy strukturave të konsideruara është raporti i madh midis vlerave më të vogla dhe më të mëdha të rezistorëve të matricës. Në të njëjtën kohë, megjithë ndryshimin e madh në vlerësimet e rezistencës, është e nevojshme të sigurohet e njëjta saktësi absolute e montimit të rezistencës më të madhe dhe më të vogël. Në versionin e integruar të DAC me numrin e shifrave më shumë se 10, është mjaft e vështirë të sigurohet.

Strukturat e bazuara në rezistente R-2R matricat

Me këtë ndërtim të matricës rezistente, rryma në secilën degë paralele të mëvonshme është dy herë më e vogël se në atë të mëparshmen. Prania e vetëm dy rezistorëve në matricë e bën mjaft të lehtë rregullimin e vlerave të tyre.

Rryma e daljes për secilën prej strukturave të paraqitura është proporcionale në të njëjtën kohë jo vetëm me vlerën e kodit të hyrjes, por edhe me vlerën e tensionit të referencës. Shpesh thuhet se është proporcionale me produktin e të dyve. Prandaj, DAC të tilla quhen shumëfishuese. Prona të tilla do të zotërohen nga të gjithë DAC, në të cilën formimi i vlerave të ponderuara të rrymave që korrespondojnë me peshat e shkarkimeve kryhet duke përdorur matrica rezistente.

Përveç përdorimit të tyre të synuar, DAC-të shumëzuese përdoren si shumëzues analog-dixhital, si rezistenca dhe përçueshmëri të kontrolluara nga kodi. Ato përdoren gjerësisht si blloqe ndërtimi për amplifikatorët (të sintonizueshëm) të kontrolluar nga kodi, filtrat, burimet e tensionit të referencës, kondicionerët e sinjalit, etj.

Parametrat bazë dhe gabimet e DAC

Parametrat kryesorë që mund të shihen në referencë:

1. Numri i biteve - numri i biteve të kodit hyrës.

2. Faktori i konvertimit është raporti i rritjes së sinjalit të daljes me rritjen e sinjalit hyrës për një funksion konvertimi linear.

3. Koha e rregullimit të tensionit ose rrymës së daljes është intervali kohor nga momenti i ndryshimit të një kodi të dhënë në hyrjen DAC deri në momentin në të cilin tensioni ose rryma dalëse do të hyjë përfundimisht në zonën me gjerësinë e bitit më pak të rëndësishëm. ( MHR).

4. Frekuenca maksimale e konvertimit - frekuenca më e lartë e ndryshimit të kodit në të cilën parametrat e specifikuar korrespondojnë me standardet e vendosura.

Ekzistojnë parametra të tjerë që karakterizojnë performancën e DAC dhe veçoritë e funksionimit të tij. Midis tyre: tensioni hyrës i nivelit të ulët dhe të lartë, konsumi aktual, diapazoni i tensionit ose rrymës në dalje.

Parametrat më të rëndësishëm për një DAC janë ato që përcaktojnë karakteristikat e saktësisë së tij.

Karakteristikat e saktësisë së çdo DAC , para së gjithash, ato përcaktohen nga gabimet e normalizuara.

Gabimet ndahen në dinamike dhe statike. Gabimet statike janë gabime që mbeten pas përfundimit të të gjitha proceseve kalimtare që lidhen me një ndryshim në kodin e hyrjes. Gabimet dinamike përcaktohen nga proceset kalimtare në daljen DAC që lindën si rezultat i një ndryshimi në kodin e hyrjes.

Llojet kryesore të gabimeve statike DAC janë:

Gabimi absolut i konvertimit në pikën përfundimtare të shkallës është devijimi i vlerës së tensionit të daljes (rrymës) nga vlera nominale që korrespondon me pikën përfundimtare të shkallës së funksionit të konvertimit. Matur në njësi të pjesës më pak të rëndësishme të konvertimit.

Tensioni i kompensimit zero në dalje - Tensioni DC në daljen e DAC me kodin hyrës që korrespondon me vlerën zero të tensionit të daljes. Matur në njësi të shifrës më pak të rëndësishme. Gabim i faktorit të konvertimit (shkallë) - i lidhur me devijimin e pjerrësisë së funksionit të konvertimit nga ai i kërkuar.

Jolineariteti i DAC është devijimi i funksionit aktual të konvertimit nga vija e drejtë e specifikuar. Është gabimi më i keq me të cilin është e vështirë të luftosh.

Në përgjithësi, gabimet e jolinearitetit ndahen në dy lloje - integrale dhe diferenciale.

Gabimi integral i jolinearitetit është devijimi maksimal i karakteristikës reale nga ajo ideale. Në fakt, merret parasysh funksioni mesatar i konvertimit. Përcaktoni këtë gabim si përqindje e diapazonit përfundimtar të sasisë së prodhimit.

Jolineariteti diferencial shoqërohet me pasaktësi në vendosjen e peshave të biteve, d.m.th. me gabime të elementeve ndarës, shpërndarje të parametrave të mbetur të elementeve kyçe, gjeneratorëve të rrymës etj.

Metodat për identifikimin dhe korrigjimin e gabimeve të DAC

Është e dëshirueshme që korrigjimi i gabimit të kryhet gjatë prodhimit të dhënësve (rregullimi teknologjik). Megjithatë, shpesh është e dëshirueshme kur përdoret një mostër specifike. BIS në një pajisje të veçantë. Në këtë rast, korrigjimi kryhet duke futur në strukturën e pajisjes, përveç LSI DAC elemente shtesë. Metoda të tilla quhen strukturore.

Procesi më i vështirë është sigurimi i linearitetit, pasi ato përcaktohen nga parametrat përkatës të shumë elementeve dhe nyjeve. Më shpesh, vetëm kompensimi zero, koeficienti

Parametrat e saktësisë së ofruar nga metodat teknologjike përkeqësohen kur konverteri është i ekspozuar ndaj faktorëve të ndryshëm destabilizues, para së gjithash, temperaturës. Është e nevojshme të mbani mend për faktorin e plakjes së elementeve.

Kompensimi zero dhe gabimet e shkallës korrigjohen lehtësisht në daljen DAC. Për ta bërë këtë, një paragjykim i vazhdueshëm futet në sinjalin e daljes, i cili kompenson kompensimin e karakteristikës së transduktorit. Shkalla e kërkuar e konvertimit vendoset, ose duke korrigjuar grupin e fitimit në daljen e konvertuesit të amplifikatorit, ose duke rregulluar vlerën e tensionit të referencës, nëse DAC është një shumëzues.

Metodat e korrigjimit me kontrollin e provës konsistojnë në identifikimin e gabimeve të DAC në të gjithë grupin e ndikimeve të lejueshme të hyrjes dhe shtimin e korrigjimeve të llogaritura në bazë të kësaj në vlerën hyrëse ose dalëse për të kompensuar këto gabime.

Me çdo metodë korrigjimi me kontroll nga një sinjal provë, sigurohen veprimet e mëposhtme:

1. Matja e karakteristikave të DAC në një grup testesh ndikon mjaftueshëm për të identifikuar gabimet.

2. Identifikimi i gabimeve duke llogaritur devijimet e tyre nga rezultatet e matjes.

3. Llogaritja e korrigjimeve korrigjuese për vlerat e konvertuara ose veprimet e nevojshme korrigjuese në blloqet e korrigjuara.

4. Korrigjimi.

Kontrolli mund të kryhet një herë përpara se të instaloni transduktorin në pajisje duke përdorur pajisje speciale matëse laboratorike. Mund të kryhet gjithashtu duke përdorur pajisje të specializuara të integruara në pajisje. Në këtë rast, kontrolli, si rregull, kryhet në mënyrë periodike, gjatë gjithë kohës derisa konverteri të përfshihet drejtpërdrejt në funksionimin e pajisjes. Një organizim i tillë i kontrollit dhe korrigjimit të transduktorëve mund të kryhet gjatë funksionimit të tij si pjesë e një sistemi matës të bazuar në mikroprocesor.

Disavantazhi kryesor i çdo metode inspektimi nga fundi në fund është koha e gjatë e inspektimit së bashku me heterogjenitetin dhe vëllimin e madh të pajisjeve të përdorura.

Vlerat e korrigjimeve të përcaktuara në një mënyrë ose në një tjetër ruhen, si rregull, në formë dixhitale. Korrigjimi i gabimeve, duke marrë parasysh këto korrigjime, mund të kryhet si në formë analoge dhe dixhitale.

Me korrigjimin dixhital, korrigjimet shtohen duke marrë parasysh shenjën e tyre në kodin hyrës të DAC. Si rezultat, një kod dërgohet në hyrjen DAC, në të cilin në daljen e tij formohet vlera e tensionit ose rrymës së kërkuar. Zbatimi më i thjeshtë i kësaj metode korrigjimi përbëhet nga një rregullues DAC, në hyrjen e së cilës është instaluar një pajisje ruajtëse dixhitale ( Kujtesa)... Kodi i hyrjes luan rolin e një kodi adrese. V Kujtesa në adresat përkatëse, futen vlerat e kodeve të dhëna në DAC të korrigjuar, të llogaritura paraprakisht, duke marrë parasysh ndryshimet.

Për korrigjimin analog, përveç DAC kryesore, përdoret një DAC shtesë. Gama e sinjalit të tij të daljes korrespondon me vlerën maksimale të gabimit të DAC të korrigjuar. Kodi i hyrjes futet në të njëjtën kohë në hyrjet e DAC të korrigjuar dhe në hyrjet e adresës Kujtesa amendamentet. Nga Kujtesa korrigjim, zgjidhet korrigjimi që i përgjigjet vlerës së dhënë të kodit të hyrjes. Kodi i korrigjimit shndërrohet në një sinjal proporcional me të, i cili i shtohet sinjalit dalës të DAC-së së korrigjuar. Për shkak të vogëlsisë së diapazonit të kërkuar të sinjalit të daljes së DAC shtesë në krahasim me diapazonin e sinjalit të daljes të DAC të korrigjuar, gabimet e qenësishme të të parit neglizhohen.

Në disa raste, bëhet e nevojshme të korrigjohet dinamika e funksionimit të DAC.

Përgjigja kalimtare e DAC kur ndryshon kombinime të ndryshme të kodeve do të jetë e ndryshme, me fjalë të tjera - koha e vendosjes së sinjalit të daljes do të jetë e ndryshme. Prandaj, kur përdorni një DAC, duhet të merret parasysh koha maksimale e rregullimit. Megjithatë, në disa raste është e mundur të korrigjohet sjellja e karakteristikës së transferimit.

Karakteristikat e përdorimit të LSI DAC

Për aplikimin e suksesshëm të modernes BIS Nuk mjafton që një DAC të dijë listën e karakteristikave të tyre kryesore dhe skemat bazë për përfshirjen e tyre.

Efekt i rëndësishëm në rezultatet e aplikimit BIS DAC plotëson kërkesat operative për shkak të karakteristikave të një mikroqarku të veçantë. Këto kërkesa përfshijnë jo vetëm përdorimin e sinjaleve hyrëse të lejueshme, tensionet e furnizimit me energji, kapacitetin dhe rezistencën e ngarkesës, por edhe ekzekutimin e urdhrit të ndezjes së furnizimeve të ndryshme me energji, ndarjen e qarqeve të lidhjes për furnizime të ndryshme me energji dhe autobusin e përbashkët, përdorimi i filtrave etj.

Për DAC-të precize, voltazhi i daljes së zhurmës është i një rëndësie të veçantë. E veçanta e problemit të zhurmës në DAC është prania e rritjeve të tensionit në daljen e tij, të shkaktuara nga çelësat e ndërrimit brenda konvertuesit. Në amplitudë, këto breshëri mund të arrijnë disa dhjetëra pesha. MHR dhe krijojnë vështirësi në funksionimin e pajisjeve të përpunimit të sinjalit analog pas DAC. Zgjidhja për problemin e shtypjes së shpërthimeve të tilla është përdorimi i pajisjeve të mostrës dhe mbajtjes në daljen DAC ( UVH). UVH kontrollohet nga pjesa dixhitale e sistemit, e cila formon kombinime të reja kodesh në hyrjen DAC. Përpara se të jepni një kombinim të ri kodi UVH vihet në modalitetin e ruajtjes, duke hapur qarkun e transmetimit të sinjalit analog në dalje. Kjo parandalon që rritja e tensionit të daljes DAC të dërgohet në pin. UVH, i cili më pas futet në modalitetin e gjurmimit, duke përsëritur daljen e DAC.

Kujdes i veçantë gjatë ndërtimit të një DAC bazuar në BISështë e nevojshme t'i kushtohet vëmendje zgjedhjes së amplifikatorit operacional, i cili shërben për shndërrimin e rrymës së daljes DAC në tension. Kur jepni kodin hyrës të DAC në dalje OU do të ketë një gabim DU për shkak të tensionit të tij të paragjykimit dhe i barabartë me

ku U cm- tensioni i paragjykimit OU; R os- vlera e rezistencës në qarkun e reagimit OU; R m- rezistenca e matricës rezistente të DAC (rezistenca dalëse e DAC), në varësi të vlerës së kodit të aplikuar në hyrjen e tij.

Meqenëse raporti ndryshon nga 1 në 0, gabimi për shkak të U cm, ndryshime në korridore (1 ... 2) U cm... Ndikimi U cm neglizhohet gjatë përdorimit OU, cila .

Për shkak të zonës së madhe të kyçjeve të tranzistorit CMOS BIS kapacitet i rëndësishëm i daljes së LSI DAC (40 ... 120 pF në varësi të vlerës së kodit të hyrjes). Ky kapacitet ka një efekt të rëndësishëm në kohën e vendosjes së tensionit të daljes. OU me saktësinë e kërkuar. Për të reduktuar këtë ndikim R os shuntuar nga një kondensator Me grerëza.

Në disa raste, një tension dalës bipolar duhet të merret në daljen DAC. Kjo mund të arrihet duke futur një kompensim të diapazonit të tensionit të daljes në dalje dhe për shumëzimin e DAC-ve duke ndërruar polaritetin e burimit të tensionit të referencës.

Ju lutemi vini re se nëse jeni duke përdorur një DAC të integruar , duke pasur numrin e biteve më shumë se sa ju nevojitet, atëherë hyrjet e biteve të papërdorura lidhen me autobusin tokësor, duke përcaktuar në mënyrë të qartë nivelin zero logjik mbi to. Për më tepër, për të punuar sa më shumë që të jetë e mundur me një gamë të madhe të sinjalit dalës të LSI DAC për shifra të tilla, shifrat merren, duke filluar nga më pak e rëndësishme.

Një nga shembujt praktikë të aplikimeve DAC janë kondicionerët e sinjalit të formave të ndryshme. Bërë një model të vogël në proteus. Me ndihmën e një DAC të një MK të kontrolluar (Atmega8, megjithëse mund të bëhet në Tiny), gjenerohen sinjale të formave të ndryshme. Programi është shkruar në C në CVAVR. Duke shtypur butonin, sinjali i gjeneruar ndryshon.

LSI DAC DAC0808 Gjysmëpërçues kombëtar, 8-bit, me shpejtësi të lartë, i përfshirë sipas diagramit tipik. Meqenëse dalja e tij është aktuale, ajo shndërrohet në tension me ndihmën e një përforcuesi invertues në një op-amp.

Në parim, mund të keni edhe figura kaq interesante, a i ngjan diçka të vërtetës? Nëse zgjidhni pak më shumë, do të jeni më të qetë

Bibliografi:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Konvertuesit analog-në-dixhital / Ed. GD Bakhtiyarova - M .: Sov. radio. - 1980 .-- 278 f.: i sëmurë.
2. Projektimi i sistemeve mikroprocesorike të kontrollit analog-dixhital.
3.O.V. Shishov. - Saransk: Shtëpia botuese e Mordovs. Universiteti 1995. - f.

Më poshtë mund ta shkarkoni projektin në