Ky artikull diskuton çështjet kryesore që lidhen me parimin e funksionimit të ADC-ve të llojeve të ndryshme. Në të njëjtën kohë, disa llogaritje të rëndësishme teorike në lidhje me përshkrimin matematikor të konvertimit analog në dixhital mbetën jashtë objektit të artikullit, por jepen lidhje ku lexuesi i interesuar mund të gjejë një konsideratë më të thellë të aspekteve teorike të funksionimit ADC. . Kështu, artikulli merret më shumë me të kuptuarit e parimeve të përgjithshme të funksionimit të ADC sesa me një analizë teorike të punës së tyre.
Prezantimi
Si pikënisje, le të përcaktojmë konvertimin analog në dixhital. Konvertimi analog në dixhital është procesi i konvertimit të një sasie fizike hyrëse në paraqitjen e saj numerike. Një konvertues analog në dixhital është një pajisje që kryen një konvertim të tillë. Formalisht, vlera hyrëse e ADC-së mund të jetë çdo sasi fizike - tension, rrymë, rezistencë, kapacitet, shkalla e përsëritjes së pulsit, këndi i rrotullimit të boshtit, etj. Megjithatë, për saktësi, në të ardhmen, nga ADC do të kuptojmë vetëm konvertuesit e tensionit në kod.
Koncepti i konvertimit nga analog në dixhital është i lidhur ngushtë me konceptin e matjes. Matja kuptohet si procesi i krahasimit të vlerës së matur me ndonjë standard, me konvertim analog në dixhital, vlera e hyrjes krahasohet me ndonjë vlerë referencë (zakonisht, me një tension referencë). Kështu, konvertimi analog në dixhital mund të konsiderohet si një matje e vlerës së sinjalit hyrës dhe të gjitha konceptet e metrologjisë, si gabimet e matjes, zbatohen për të.
Karakteristikat kryesore të ADC
ADC ka shumë karakteristika, nga të cilat frekuenca e konvertimit dhe thellësia e bitit mund të quhen kryesoret. Frekuenca e konvertimit zakonisht shprehet në mostra për sekondë (SPS), thellësia e bitit është në bit. ADC-të moderne mund të kenë një thellësi bit deri në 24 bit dhe një normë konvertimi deri në njësi GSPS (sigurisht, jo njëkohësisht). Sa më e lartë të jetë shpejtësia dhe thellësia e bitit, aq më e vështirë është të merren karakteristikat e kërkuara, aq më i shtrenjtë dhe kompleks është konverteri. Shpejtësia e konvertimit dhe thellësia e bitit janë të lidhura me njëra-tjetrën në një mënyrë të caktuar, dhe ne mund të rrisim thellësinë efektive të bitit të konvertimit duke sakrifikuar shpejtësinë.
Llojet ADC
Ka shumë lloje të ADC-ve, por në këtë artikull ne do të kufizohemi në marrjen në konsideratë vetëm të llojeve të mëposhtme:
- Konvertimi paralel ADC (konvertimi i drejtpërdrejtë, ADC flash)
- Përafrimi i njëpasnjëshëm ADC (SAR ADC)
- ADC delta-sigma (ADC e balancuar me ngarkesë)
ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë (paralel) kanë performancën më të lartë dhe thellësinë më të ulët të bitit. Për shembull, ADC e konvertimit paralel TLC5540 nga Texas Instruments ka një shpejtësi prej 40 MSPS me një gjerësi bit prej vetëm 8 bit. ADC-të e këtij lloji mund të kenë norma konvertimi deri në 1 GSPS. Këtu mund të theksohet se ADC-të me tubacion (ADC-të me tubacion) kanë shpejtësi edhe më të madhe, megjithatë, ato janë një kombinim i disa ADC-ve me shpejtësi më të ulët dhe shqyrtimi i tyre është përtej qëllimit të këtij neni.
Hapësira e mesme në serinë e shpejtësisë së bitit është e zënë nga ADC-të e përafrimit të njëpasnjëshëm. Vlerat tipike janë 12-18 bit me një normë konvertimi prej 100KSPS-1MSPS.
Saktësia më e lartë arrihet nga ADC-të sigma-delta me një thellësi biti deri në 24 bit përfshirëse dhe një shpejtësi nga njësitë SPS në njësitë KSPS.
Një lloj tjetër ADC që ka gjetur përdorim në të kaluarën e afërt është ADC integruese. ADC-të integruese tani janë zëvendësuar pothuajse plotësisht nga lloje të tjera ADC, por mund të gjenden në instrumentet matëse më të vjetra.
konvertim i drejtpërdrejtë ADC
ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë u përhapën në vitet 1960 dhe 1970 dhe filluan të prodhoheshin si qarqe të integruara në vitet 1980. Ato përdoren shpesh si pjesë e ADC-ve "të tubacioneve" (që nuk merren parasysh në këtë artikull) dhe kanë një kapacitet 6-8 bit me një shpejtësi deri në 1 GSPS.
Arkitektura ADC e konvertimit të drejtpërdrejtë është paraqitur në fig. 1
Oriz. 1. Diagrami strukturor i ADC-së së konvertimit të drejtpërdrejtë
Parimi i funksionimit të ADC është jashtëzakonisht i thjeshtë: sinjali i hyrjes furnizohet njëkohësisht me të gjitha hyrjet "pozitive" të krahasuesve, dhe hyrjet "negative" furnizohen me një sërë tensionesh të marra nga referenca duke e ndarë me rezistorët R. Për qarkun në Fig. 1 ky rresht do të jetë: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) Uref, ku Uref është tensioni i referencës ADC.
Le të aplikohet një tension i barabartë me 1/2 Uref në hyrjen e ADC. Pastaj 4 krahasuesit e parë do të funksionojnë (nëse numëroni nga poshtë), dhe ato logjike do të shfaqen në rezultatet e tyre. Enkoderi prioritar do të formojë një kod binar nga "kolona" e njësive, e cila fiksohet nga regjistri i daljes.
Tani avantazhet dhe disavantazhet e një konvertuesi të tillë bëhen të qarta. Të gjithë krahasuesit punojnë paralelisht, koha e vonesës së qarkut është e barabartë me kohën e vonesës në një krahasues plus kohën e vonesës në kodues. Krahasuesi dhe koduesi mund të bëhen shumë shpejt, dhe si rezultat, i gjithë qarku ka një shpejtësi shumë të lartë.
Por për të marrë N bit, ju nevojiten krahasues 2^N (dhe kompleksiteti i koduesit gjithashtu rritet me 2^N). Skema në fig. 1. përmban 8 krahasues dhe ka 3 shifra, për të marrë 8 shifra ju nevojiten 256 krahasues, për 10 shifra - 1024 krahasues, për një ADC 24-bit do të duheshin më shumë se 16 milionë. Megjithatë, teknologjia ende nuk ka arritur lartësi të tilla.
përafrim i njëpasnjëshëm ADC
Konvertuesi analog në dixhital i Regjistrit të Përafrimit të Njëpasnjëshëm (SAR) mat madhësinë e një sinjali hyrës duke kryer një sërë "peshimesh" të njëpasnjëshme, domethënë krahasime të madhësisë së tensionit të hyrjes me një seri madhësish të krijuara si më poshtë:
1. Në hapin e parë, një vlerë e barabartë me 1/2Uref vendoset në daljen e konvertuesit të integruar dixhital në analog (në tekstin e mëtejmë, supozojmë se sinjali është në intervalin (0 - Uref).
2. nëse sinjali është më i madh se kjo vlerë, atëherë ai krahasohet me tensionin që shtrihet në mes të intervalit të mbetur, d.m.th., në këtë rast, 3/4Uref. Nëse sinjali është më i vogël se niveli i caktuar, atëherë krahasimi i radhës do të bëhet me më pak se gjysmën e intervalit të mbetur (dmth. me nivelin 1/4Uref).
3. Hapi 2 përsëritet N herë. Kështu, krahasimet N ("peshimet") gjenerojnë N bit të rezultatit.
Oriz. 2. Diagrami strukturor i përafrimit të njëpasnjëshëm ADC.
Kështu, përafrimi i njëpasnjëshëm ADC përbëhet nga nyjet e mëposhtme:
1. Krahasues. Ai krahason vlerën e hyrjes dhe vlerën aktuale të tensionit "peshë" (treguar nga një trekëndësh në Fig. 2).
2. Konvertuesi dixhital në analog (Digital to analog Converter, DAC). Ai gjeneron një vlerë "të ponderuar" të tensionit bazuar në kodin dixhital të marrë në hyrje.
3. Regjistri i përafrimit të njëpasnjëshëm (SAR). Ai zbaton algoritmin e njëpasnjëshëm të përafrimit, duke gjeneruar vlerën aktuale të kodit të futur në hyrjen e DAC. E gjithë arkitektura ADC është emëruar sipas emrit të saj.
4. Skema Sample-hold (Sample/Hold, S/H). Për funksionimin e këtij ADC, është thelbësore që tensioni i hyrjes të mbetet konstant gjatë gjithë ciklit të konvertimit. Megjithatë, sinjalet "reale" priren të ndryshojnë me kalimin e kohës. Qarku i kampionit dhe mbajtjes "kujton" vlerën aktuale të sinjalit analog dhe e mban atë të pandryshuar gjatë gjithë ciklit të pajisjes.
Avantazhi i pajisjes është një shpejtësi relativisht e lartë e konvertimit: koha e konvertimit të një ADC N-bit është N cikle. Saktësia e konvertimit është e kufizuar nga saktësia e DAC-së së brendshme dhe mund të jetë 16-18 bit (tani ADC SAR 24-bitësh kanë filluar të shfaqen, për shembull, AD7766 dhe AD7767).
Delta Sigma ADC
Së fundi, lloji më interesant i ADC është sigma-delta ADC, i referuar ndonjëherë në literaturë si një ADC i balancuar me ngarkesë. Bllok-diagrami i ADC sigma-delta është paraqitur në fig. 3.
Fig.3. Diagrami strukturor i ADC sigma-delta.
Parimi i funksionimit të këtij ADC është disi më i komplikuar se ai i llojeve të tjera të ADC. Thelbi i tij është që voltazhi i hyrjes krahasohet me vlerën e tensionit të grumbulluar nga integruesi. Pulset me polaritet pozitiv ose negativ futen në hyrjen e integratorit, në varësi të rezultatit të krahasimit. Kështu, ky ADC është një sistem i thjeshtë gjurmimi: voltazhi në daljen e integratorit "gjurmon" tensionin e hyrjes (Fig. 4). Rezultati i këtij qarku është një rrjedhë zero dhe njësh në dalje të krahasuesit, e cila më pas kalohet përmes një filtri dixhital me kalim të ulët, duke rezultuar në një rezultat N-bit. LPF në fig. 3. I kombinuar me një “decimator”, një pajisje që redukton frekuencën e leximeve duke i “rralluar”.
Oriz. 4. Sigma-delta ADC si sistem gjurmues
Për hir të ashpërsisë, duhet thënë se në Fig. 3 është një bllok diagram i një ADC sigma-delta të rendit të parë. Një ADC sigma-delta e rendit të dytë ka dy integrues dhe dy unaza reagimi, por nuk do të diskutohet këtu. Të interesuarit për këtë temë mund t'i referohen.
Në fig. 5 tregon sinjalet në ADC në nivelin zero në hyrje (lart) dhe në nivelin Vref / 2 (poshtë).
Oriz. 5. Sinjalet në ADC në nivele të ndryshme sinjali në hyrje.
Tani, pa hyrë në analiza komplekse matematikore, le të përpiqemi të kuptojmë pse ADC-të sigma-delta kanë një nivel shumë të ulët të vetë-zhurmës.
Konsideroni bllok diagramin e modulatorit sigma-delta të paraqitur në fig. 3, dhe paraqiteni në këtë formë (Fig. 6):
Oriz. 6. Diagrami strukturor i modulatorit sigma-delta
Këtu, krahasuesi përfaqësohet si një grumbullues që përmbledh një sinjal të vazhdueshëm të dobishëm dhe zhurmë kuantizimi.
Lëreni integruesin të ketë një funksion transferimi 1/s. Pastaj, duke paraqitur sinjalin e dobishëm si X(s), daljen e modulatorit sigma-delta si Y(s) dhe zhurmën e kuantizimit si E(s), marrim funksionin e transferimit të ADC:
Y(s) = X(s)/(s+1) + E(s)s/(s+1)
Kjo është, në fakt, modulatori sigma-delta është një filtër me kalim të ulët (1/(s+1)) për sinjalin e dobishëm dhe një filtër me kalim të lartë (s/(s+1)) për zhurmën, të dyja filtra që kanë të njëjtën frekuencë ndërprerjeje. Zhurma e përqendruar në rajonin me frekuencë të lartë të spektrit hiqet lehtësisht nga një filtër dixhital me kalim të ulët, i cili ndodhet pas modulatorit.
Oriz. 7. Dukuria e “zhvendosjes” së zhurmës në pjesën me frekuencë të lartë të spektrit
Megjithatë, duhet kuptuar se ky është një shpjegim jashtëzakonisht i thjeshtuar i formimit të zhurmës në një ADC sigma-delta.
Pra, avantazhi kryesor i ADC sigma-delta është saktësia e lartë, për shkak të nivelit jashtëzakonisht të ulët të zhurmës së brendshme. Megjithatë, për të arritur saktësi të lartë, është e nevojshme që frekuenca e ndërprerjes së filtrit dixhital të jetë sa më e ulët, shumë herë më e vogël se frekuenca e modulatorit sigma-delta. Prandaj, ADC-të sigma-delta kanë një shkallë të ulët konvertimi.
Ato mund të përdoren në teknologjinë audio, por përdorimi kryesor është në automatizimin industrial për konvertimin e sinjaleve të sensorëve, në instrumentet matëse dhe në aplikacione të tjera ku kërkohet saktësi e lartë. por nuk kërkohet shpejtësi e lartë.
Pak histori
Referenca më e vjetër ADC në histori është ndoshta patenta e Paul M. Rainey, "Sistemi Telegrafi Faksimile", U.S. Patenta 1,608,527, e paraqitur më 20 korrik 1921, lëshuar më 30 nëntor 1926. Pajisja e paraqitur në patentë është në fakt një ADC konvertimi direkt 5-bit.
Oriz. 8. Patenta e parë ADC
Oriz. 9. Konvertimi i drejtpërdrejtë ADC (1975)
Pajisja e paraqitur në figurë është një konvertim i drejtpërdrejtë ADC MOD-4100 i prodhuar nga Computer Labs, i prodhuar në 1975, i montuar në bazë të krahasuesve diskrete. Ka 16 krahasues (ato janë të vendosur në një gjysmërreth për të barazuar vonesën e përhapjes së sinjalit për secilin krahasues), prandaj, ADC ka një gjerësi bit prej vetëm 4 bit. Shkalla e konvertimit 100 MSPS, konsumi i energjisë 14 vat.
Figura e mëposhtme tregon një version të avancuar të ADC-së së konvertimit të drejtpërdrejtë.
Oriz. 10. Konvertimi i drejtpërdrejtë ADC (1970)
VHS-630 i vitit 1970, i prodhuar nga Computer Labs, kishte 64 krahasues, ishte 6-bit, 30 MSPS dhe konsumonte 100 vat (VHS-675 i vitit 1975 kishte 75 MSPS dhe konsumonte 130 vat).
Letërsia
W. Kester. ADC Architectures I: Konvertuesi i Flash. Pajisjet analoge, MT-020 Tutorial.
Ndonjëherë duket se bota dixhitale shkrihet pothuajse plotësisht me atë reale. Por pavarësisht shfaqjes së sistemeve të tilla si "gigaFLOPS", "22 nm" dhe shumë të tjerë, bota reale mbetet me kokëfortësi analoge dhe aspak dixhitale, dhe ne ende duhet të punojmë me sistemet tona dixhitale, të cilat janë të pranishme pothuajse kudo në bota moderne.
Konvertuesi dixhital në analog DAC konverton një sinjal dixhital hyrës në një dalje analoge. Koncepti i "saktësisë" mund të ndryshojë (në varësi të prodhuesit), por ne do të përshkruajmë konvertuesit dixhital në analog me një rezolucion prej 8 deri në 16 bit dhe shpejtësi deri në 10 MS/s. Këta konvertues dixhital në analog DAC përdoren në sisteme të ndryshme - pajisje audio dhe video, kontrollin e procesorit, instrumentet, sistemet e automatizimit, sistemet e lëvizjes elektrike dhe shumë të tjera. Çdo sistem individual ka kërkesa individuale për DAC, të tilla si rezolucioni, karakteristikat statike dhe dinamike, konsumi i energjisë dhe të tjera.
Parametrat dhe fleta e të dhënave specifikojnë gabimin e kompensimit, jolinearitetin diferencial (DNL), jolinearitetin integral (INL) dhe parametra të tjerë të nevojshëm për të siguruar performancë të mirë në sistemet DC, si p.sh. ngasja e motorit ose kontrolli i procesit.
Disa aplikacione, të tilla si gjenerimi i një sinjali në një ekran monitori, theksojnë nevojën për performancë të mirë në AC, e cila specifikohet në fletën e të dhënave në parametra të tillë si koha e vonesës, zhurma dhe gjerësia e brezit. Bërja e vetë pajisjes duke përdorur një DAC është shumë më e vështirë sesa zgjedhja e një konvertuesi dixhital në analog nga katalogu, sepse përveç DAC, sistemi do të përfshijë shumë më tepër komponentë elektronikë, ndikimi i të cilëve duhet të merret parasysh gjithashtu. . Më poshtë do të përpiqemi ta konsiderojmë këtë.
Përmbajtja:
Tre arkitektura kryesore për DAC me precizion
Kur zgjidhni saktësinë e konvertuesit D/A për sistemin tuaj, është thelbësore që specifikimi DAC të përputhet me kërkesat e sistemit. Krahasuar me bollëkun e arkitekturave të konvertuesve ADC A/D, zgjedhja e një konvertuesi D/A mund të duket si një gjë e paqartë, pasi ka vetëm tre arkitektura kryesore në një DAC. Por duket vetëm se detyra është e lehtë, sepse ndryshimi në performancën e secilës prej arkitekturave është mjaft domethënës.
DAC përdor tre arkitektura kryesore - varg (serial), R-2R, DAC shumëzues (shumëzimi i DAC (MDAC)).
Konvertuesi i vargut dixhital në analog
Koncepti prapa konvertuesit të vargut D/A vjen nga Lord Kelvin nga mesi i viteve 1800:
Dekoderi i hyrjes ka disa çelësa, një për çdo model bit. Çdo hyrje dixhitale është e lidhur me tensionin përkatës të amplifikatorit të tensionit të daljes.
Një DAC me bit N përbëhet nga një seri rezistencash përputhëse 2 N, si dhe një burim tensioni në njërin skaj dhe një tokë në anën tjetër. Një DAC 3-bitësh (figura më sipër) kërkon tetë rezistorë dhe shtatë ndërprerës, por këta numra rriten shumë me rritjen e thellësisë së biteve dhe një DAC 16-bit tashmë ka nevojë për 65536 rezistorë !!! Ky numër është shumë i madh, edhe për sistemet moderne. Për të reduktuar numrin e rezistorëve, përdoren përforcues interpolimi dhe rubinet për rezistorët individualë.
Konvertuesit D/A të vargut ose serialit janë të përshtatshëm për shumicën e aplikacioneve precize si kontrolli i lëvizjes, sistemet e kontrollit automatik (në servo disqet dhe kontrolli i motorit).
Tensioni i daljes së DAC-ve të vargut fillimisht është monoton me jolinearitet të mirë diferencial (DNL), por jolineariteti i tij integral (INL) nuk është shumë i mirë, pasi varet drejtpërdrejt nga gabimi i rezistencës. Për sa i përket sistemeve AC, DAC-të e vargut shfaqin performancë të dobët në krahasim me arkitekturat e tjera, pasi ato janë mjaft të zhurmshme për shkak të rezistencës së lartë të rezistorëve, dhe struktura e komutimit rezulton në përpunim të ngadaltë të sinjalit në tranzicion, duke kufizuar shkallën e përditësimeve.
Arkitektura R-2R
Kjo arkitekturë është më e zakonshme në mesin e konvertuesve dixhital në analog dhe diagrami i saj është paraqitur më poshtë:
Kjo arkitekturë përdor vetëm rezistorë me dy rezistenca të ndryshme, raporti ndërmjet të cilave përcaktohet si 2 me 1.
Kur vendoset një bit i caktuar, rezistenca përkatëse 2R vendoset në V REF - H , përndryshe vendoset në V REF - L (tokë). Rezultati është një tension në dalje që do të jetë shuma e të gjitha tensioneve të shkallëve 2R.
Arkitektura R-2R është e përshtatshme për aplikime dhe pajisje industriale. Ata janë më të saktë se konvertuesit D/A të vargut, kanë nivele më të ulëta zhurme për shkak të rezistencës më të ulët që rezulton dhe performancë më të mirë INL dhe DNL.
Konvertimi i sinjalit në konvertuesin me arkitekturën R-2R është ndërrimi i këmbës 2R midis V REF - H dhe V REF - L. Rezistencat e brendshme dhe çelsat brenda pajisjes nuk përputhen në mënyrë të përsosur, gjë që mund të çojë në disa dështime në procesin e ndërrimit.
Konvertuesi dixhital në analog MDAC duke shumëzuar
Konvertuesi i shumëzuesit MDAC përdor gjithashtu arkitekturën R-2R, por me një tension referencë V REF. Skema më poshtë:
Kur biti vendoset, rezistenca përkatëse 2R lidhet me tokën virtuale - op-amp përmbledhës. Kjo është arsyeja pse konverteri shumëzues dixhital në analog nuk nxjerr tension, por rrymë, ndërsa tensioni i referencës V REF mund të kalojë tensionin nominal ose edhe të jetë negativ.
Burimi V REF "sheh" një rezistencë konstante të barabartë me R në MDAC, kështu që gjithmonë ka një rrymë dalëse konstante, e cila përmirëson performancën gjatë tranzicioneve të shpejta sepse nuk ka nevojë të presësh që referenca e tensionit të rikuperohet. Në varësi të kodit dixhital, rryma aktuale ndahet në një kontakt dalës dhe një kontakt tokësor. Kjo do të thotë që impedanca e daljes do të jetë e ndryshme dhe kjo e bën disi të vështirë zgjedhjen e një op-amp të jashtëm.
Për të përmirësuar performancën e daljes, MDAC-të përfshijnë një rezistencë të brendshme si reagim me një përgjigje termike afërsisht të barabartë me rezistencën e brendshme të skenës. Zhurma e brendshme nga konverteri shumëzues D/A vjen si nga rezistenca e hapave ashtu edhe nga rezistenca e reagimit. Meqenëse impedanca e daljes është e varur nga kodi, fitimi i zhurmës varet gjithashtu nga ajo, megjithëse niveli i zhurmës së MDAC-ve është shumë më i ulët se ai i DAC-ve serike (string). Vlen të përmendet se amplifikuesi i jashtëm operativ op-amp mund të jetë me zhurmë të ulët.
Një disavantazh është se sinjali hyrës është i kundërt i sinjalit të daljes, i cili nga ana tjetër kërkon një operacion shtesë përmbysjeje.
Kuptimi i parametrave të performancës AC
Për të marrë performancën më të mirë nga një konvertues AC D/A, ka disa hollësi që duhen kuptuar, si dhe hapa të mundshëm që mund të ndërmerren për ta optimizuar atë.
Koha e nevojshme që amplifikatori të arrijë vlerën e tij përfundimtare është një nga treguesit kryesorë të cilësisë së një DAC. Kohët e përgjigjes së konvertuesit dixhital në analog tregohen më poshtë:
- kohë e vdekur ( kohë e vdekur): është koha e nevojshme për të arritur 10% të vlerës së kërkuar të sinjalit dalës analog, duke filluar nga momenti kur kodi dixhital ka hyrë në konvertuesin dixhital në analog;
- Koha e rritjes së prodhimit ( Vrau kohë): koha e nevojshme që sinjali i daljes analoge të rritet nga 10% në 90%;
- Koha e rikuperimit dhe vendosjes ( koha e rikuperimit, koha e vendosjes lineare): tejkalimi dhe vendosja e një sinjali analog të një forme të caktuar;
Pasi vlera e daljes analoge është brenda tolerancës së gabimit, procesi konsiderohet i përfunduar edhe nëse sinjali është ende i luhatshëm, por brenda tolerancës së gabimit.
Më poshtë tregon procesin kalimtar të një konverteri të vërtetë 18-bit, me një kanal, R-2R DAC988 dixhital në analog:
Koha e vendosjes së sinjalit matet nga momenti kur sinjali LDAC zvogëlohet, pas së cilës fillon procesi kalimtar në sistem. Kushtojini vëmendje faktit që procesi i prishjes së sinjalit është më i gjati, me një proces të gjatë rikuperimi dhe ndikim të parëndësishëm të një sinjali statik në të.
Gabimet e ndërrimit
Ndryshimi ideal në sinjalin e daljes së DAC është ngritja ose rënia e tij monotone, por në realitet nuk është kështu dhe ndryshimet e sinjalit ndodhin papritur. Ndryshe nga koha e rregullimit, gabimi i ndërrimit shkaktohet nga mospërputhja e brendshme e ndërrimit (faktori dominues) ose nga bashkimi kapacitiv midis sinjaleve të hyrjes dixhitale dhe daljes analoge:
Gabimi karakterizohet nga zona nën pulsin fals pozitiv dhe negativ dhe matet në volt-sekonda (më shpesh në µV∙s ose nV∙s).
Me rritjen e numrit të ndërprerësve paralelë, rritet edhe gabimi. Kjo është një nga mangësitë e arkitekturës R-2R. Gabimet në arkitekturën R-2R janë më të dukshme gjatë ndryshimit të të gjitha biteve ose kur ndërrohen pjesët më të rëndësishme, kur kaloni nga 0x7FFF në 0x8000 (për DAC 16-bit).
Nëse është e pamundur të zvogëlohet numri i rezistorëve të serisë së ndërrimit, atëherë ato përdoren në daljen e konvertuesit, diagramet tregohen më poshtë:
Figura a) tregon filtrin më të thjeshtë RC, i cili është instaluar në dalje dhe ju lejon të zvogëloni pak amplitudën e gabimit të daljes, megjithatë, duke vepruar kështu, ai shtrëngon shkallën e goditjes, gjë që rrit kohën e vonesës. Figura b) tregon opsionin me shtimin e një kampioni dhe mbajtjen e zinxhirit. Po, kjo ju lejon të zvogëloni gabimin në pothuajse zero, por është jashtëzakonisht e vështirë të zbatohet një skemë e tillë, pasi imponon kërkesa strikte për kohën e përgjigjes, si dhe sinkronizim të ngushtë me shkallën e përditësimit të DAC.
Burimet e zhurmës
Zhurma është një nga komponentët më të rëndësishëm të performancës së një konverteri modern AC D/A. Ekzistojnë tre burime kryesore të zhurmës - qarqet e brendshme të rezistencës, amplifikatorët e brendshëm dhe të jashtëm dhe referencat e tensionit. Efekti i rezistorëve të brendshëm në zhurmën e konvertuesit u diskutua më herët në këtë artikull, kështu që le të shohim dy burimet e tjera të zhurmës.
Zhurma nga op-amp i jashtëm
Dalja e amplifikatorit DAC është një tjetër burim zhurme. MDAC përdor një përforcues funksional të jashtëm, por arkitekturat e tjera përdorin një përforcues të brendshëm, i cili ndikon në shifrën e përgjithshme të zhurmës së daljes.
Zhurma në një qark op-amp ka tre komponentë kryesorë:
- 1/f zhurmë ose zhurmë dridhjeje;
- Zhurma e tensionit të brezit të gjerë ose zhurma e bardhë;
- Zhurma e tensionit dhe rrymës në rezistorë;
Dy të parat konsiderohen veti të brendshme të vetë op-amp, dhe gjerësia e brezit kufizohet nga vetë konverteri dixhital në analog, i cili redukton shumë efektin e zhurmës së brezit të gjerë. Për performancën më të mirë të AC, kërkoni për amplifikues funksional me zhurmë të ulët 1/f.
Zhurma nga tensioni i jashtëm i referencës V REF
Zhurma e daljes së DAC varet drejtpërdrejt nga zhurma në tensionin e referencës, e cila mund të jetë ose e jashtme ose e brendshme. Për të siguruar performancën maksimale dhe nivelin minimal të zhurmës, është e nevojshme të përdoren burime referencë të tensionit me cilësi të lartë. Ekziston një përzgjedhje e madhe e referencave të tensionit nga disa prodhues.
konkluzioni
Marrja e performancës më të mirë të AC nga një DAC precize është një kombinim i të kuptuarit të specifikimeve, zgjedhjes së arkitekturës së duhur dhe shtimit të komponentëve të duhur të jashtëm, dhe sigurisht ndjekja e praktikave të provuara të përzgjedhjes dhe madhësisë së komponentëve elektronikë.
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 që është 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 në kontrollin dixhital të pajisjeve, mënyra e funksionimit të të cilave përcaktohet drejtpërdrejt nga një sinjal analog (i cili, në veçanti, zhvillohet në kontrollin e motorëve).
(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 të kuantizimit për sinjalin analog të daljes. Vendosja e kohës t - intervali kohor nga kodi i hyrjes në hyrje deri në momentin kur sinjali i daljes hyn në kufijtë e specifikuar, të përcaktuar nga gabimi. Gabim jolineariteti - devijimi maksimal i grafikut të tensionit të daljes kundrejt tensionit të specifikuar nga sinjali 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.
Skema e një DAC me përmbledhjen e rrymave të peshës
Në fig. 3.88 tregon një qark DAC me përmbledhjen e rrymave të peshës.
Tasti S 5 mbyllet vetëm kur të gjithë çelësat S 1 ... S 4 janë të hapur (në këtë rast, u jashtë = 0). U 0
- tension referues. Çdo rezistencë në qarkun e hyrjes korrespondon me një pjesë të caktuar të një numri binar.
Në thelb, ky DAC është një përforcues invertues i bazuar në një përforcues operacional. 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 të daljes 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 "pesha" të ndryshme). Kjo përcakton emrin e qarkut.
Nga sa më sipër rrjedh se u jashtë \u003d - (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 transformimit të hyrjes. Qarku është i thjeshtë, por ka disavantazhe: ndryshime të rëndësishme në tensionin në 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 ashtuquajturat çelësa rrotullues S 1 ... S 4 , secila prej të cilave është e lidhur me një pikë të përbashkët në një nga gjendjet, kështu që tensionet në çelësa 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 shihet 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 pasur parasysh sa vijon. Le të jetë i lidhur secili nga çelësat S 1 ... S 4 me një pikë të përbashkët. Pastaj, siç 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, Uc dhe U d në pikat e treguara përcaktohen si më poshtë:
Supozoni 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 pothuajse zero.
Nga sa më sipër, rezulton se:
u jashtë \u003d - (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 \u003d - (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 binar në dhjetor
Konsideroni një DAC për konvertimin e numrave binar-decimal (Fig. 3.90).
Për të përfaqësuar çdo shifër të një numri dhjetor, përdoret një matricë e veçantë R − 2R (e shënuar me drejtkëndësha). Z 0 …Z 3 shënoni 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 \u003d 0,1 U 1. Me këtë në mendje, ne marrim
u jashtë \u003d - (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 e serive të mikroqarqeve 572, 594, 1108, 1118, etj. 3.2 janë dhënë ...
Parametrat e disa DAC-ve
Konvertuesi analog në dixhital(ADC, anglisht konvertues analog-në-dixhital, ADC) është një pajisje që konverton sinjalin analog të hyrjes 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 dalje dixhitale duhet gjithashtu të klasifikohen si ADC, të tilla si disa lloje të konvertuesve të kodit këndor. ADC binar më i thjeshtë njëbitësh është një krahasues.
Leja
Rezolucioni ADC - ndryshimi minimal në madhësinë e një sinjali analog që mund të konvertohet nga një ADC i caktuar - lidhet me thellësinë e bitit të tij. Në rastin e një matjeje të vetme pa marrë parasysh zhurmën, rezolucioni përcaktohet drejtpërdrejt nga thellësia e bitit ADC.
Thellësia e bitit të ADC karakterizon numrin e vlerave diskrete që konverteri mund të prodhojë në dalje. ADC-të binare maten në bit; ADC-të treshe maten në trit. Për shembull, një ADC binar 8-bit është i aftë të nxjerrë 256 vlera diskrete (0 ... 255), pasi , një ADC treshe 8-bitësh është në gjendje të nxjerrë 6561 vlera diskrete, pasi .
Rezolucioni i tensionit është i barabartë me diferencën midis tensioneve që korrespondojnë 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
ADC binare e thellësisë së bitit 12 bit: 212 = 4096 nivele kuantizimi
Rezolucioni binar i tensionit ADC: (10-0)/4096 = 0,00244 volt = 2,44 mV
Thellësia e bitit 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
ADC binar 14-bit: 214 = 16384 nivele kuantizimi
Rezolucioni binar i tensionit ADC: (10-(-10))/16384 = 20/16384 = 0,00122 volt = 1,22 mV
Thellësia e bitit 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 një ADC është i kufizuar 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 e poshtme të kodit të daljes janë praktikisht të padobishme, pasi ato përmbajnë zhurmë. Për të arritur thellësinë e deklaruar të bitit, raporti S/N i sinjalit hyrës duhet të jetë afërsisht 6 dB për çdo bit të thellësisë së bitit (6 dB korrespondon me një ndryshim katërfish në nivelin e sinjalit).
Llojet e konvertimit
Sipas metodës së algoritmeve të aplikuara, ADC-të ndahen në:
Forca brutale vijuese
përafrim i njëpasnjëshëm
Serial me modulim sigma-delta
Faza e vetme paralele
Paralel me dy dhe 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. Flisni për ADC lineare dhe jolineare. Kjo ndarje është e kushtëzuar. Të dyja karakteristikat e transferimit janë të shkallëzuara. Por për ADC-të "lineare", është gjithmonë e mundur të vizatoni një vijë kaq të drejtë që të gjitha pikat e karakteristikës së transferimit që korrespondojnë me vlerat hyrëse delta * 2^k (ku delta është hapi i marrjes së mostrave, k shtrihet në intervalin 0 ..N, ku N është gjerësia e bitit ADC) janë të barabarta nga ajo.
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 analog në dixhital. Për më tepër, ekzistojnë të ashtuquajturat gabime të hapjes, të cilat janë rezultat i nervozizmit (ngacmimi në anglisht) i gjeneratorit të orës, ato shfaqen kur konvertohet sinjali në tërësi (dhe jo vetëm një mostër).
Këto gabime maten në njësi të quajtura LSB - Biti më pak i rëndësishëm. Në shembullin ADC binar 8-bit të mësipërm, gabimi në 1 LSB është 1/256 e gamës së plotë të sinjalit, pra 0,4%, në ADC treshe 5-trit, gabimi në 1 LSB është 1/243 e gamën e plotë të sinjalit, d.m.th. 0,412%, në një ADC tresh 8 trit, gabimi në 1 MZR është 1/6561, domethënë 0,015%.
Llojet ADC
Më poshtë janë mënyrat kryesore për të ndërtuar ADC elektronike:
ADC e konvertimit të drejtpërdrejtë:
ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë paralel, të cilat janë plotësisht paralele me ADC-të, përmbajnë një krahasues për çdo nivel diskret të sinjalit hyrës. Në çdo moment, vetëm krahasuesit që korrespondojnë me nivelet nën nivelin e sinjalit hyrës prodhojnë një sinjal të tepërt në daljen e tyre. Sinjalet nga të gjithë krahasuesit shkojnë ose drejtpërdrejt në regjistrin paralel, pastaj përpunimi i kodit kryhet 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 harduerike të elementeve analoge dhe logjike, si dhe nga shpejtësia e kërkuar e kampionimit.
ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë paralel janë më të shpejtët, por zakonisht kanë një rezolucion prej jo më shumë se 8 bit, pasi ato sjellin kosto të mëdha harduerike (krahasues). ADC-të e këtij lloji kanë një madhësi shumë të madhe të çipit, kapacitet të lartë në hyrje dhe mund të prodhojnë gabime në dalje afatshkurtër. Përdoret shpesh për video ose sinjale të tjera me frekuencë të lartë dhe përdoret gjerësisht në industri për të monitoruar proceset në ndryshim të shpejtë në kohë reale.
Funksionimi i tubacionit ADC përdoret në ADC-të e konvertimit të drejtpërdrejtë paralel në serial, ndryshe nga mënyra normale e funksionimit të ADC-ve të konvertimit të drejtpërdrejtë paralel-në-serial, në të cilin të dhënat transferohen pas konvertimit të plotë, në funksionimin e tubacionit, të dhënat e konvertimit të pjesshëm transmetohen sa më shpejt. pasi është gati përpara përfundimit të konvertimit të plotë.
Një ADC me përafrim të njëpasnjëshëm, ose ADC balancuese bit, përmban një krahasues, një DAC ndihmës dhe një regjistër të përafrimit të njëpasnjëshëm. ADC konverton sinjalin analog në dixhital në N hapa, ku N është thellësia e bitit ADC. Në çdo hap, përcaktohet një bit i vlerës dixhitale të dëshiruar, duke filluar nga SZR dhe duke përfunduar me LZR. Sekuenca e veprimeve për të përcaktuar bitin tjetër 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 marrë 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 i ngjan një kërkimi binar. ADC-të e këtij lloji kanë shpejtësi të lartë dhe rezolucion të mirë. Sidoqoftë, në mungesë të një pajisjeje për marrjen e mostrave të ruajtjes, gabimi do të jetë shumë më i madh (imagjinoni që pasi biti më i madh të digjitalizohet, sinjali filloi të ndryshojë).
ADC-të e kodimit diferencial (ADC me kodim delta në anglisht) përmbajnë një numërues të kundërt, kodi nga i cili futet në DAC ndihmëse. Sinjali i hyrjes dhe sinjali nga DAC ndihmëse krahasohen në 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 një kohe, diferenca e sinjalit bëhet më e vogël se LSM, ndërsa kodi i numëruesit lexohet si sinjali dixhital i daljes së ADC. ADC-të e këtij lloji kanë një gamë shumë të madhe hyrëse 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 Tmax=(2q)/fс, ku q është thellësia e bitit ADC, fс është frekuenca e gjeneratorit të orës së kundërt. ADC-të e kodimit diferencial janë zakonisht një zgjedhje e mirë për dixhitalizimin e sinjaleve të botës reale, pasi shumica e sinjaleve në sistemet fizike nuk janë të prirur për të kërcyer. Disa ADC përdorin një qasje të kombinuar: kodim diferencial dhe përafrim të njëpasnjëshëm; kjo funksionon veçanërisht mirë në rastet kur komponentët me frekuencë të lartë në sinjal dihet se janë relativisht të vegjël.
ADC-të e krahasimit të dhëmbëve sharrë (disa ADC të këtij lloji quhen ADC integruese, përfshijnë gjithashtu ADC-të e numërimit serik) përmbajnë një gjenerator të tensionit me dhëmbë sharrë (në një ADC me numërim serik, një gjenerator të tensionit hapësinor i përbërë nga një numërues dhe DAC), një krahasues dhe një numërues kohe. . Forma e valës së dhëmbit të sharrës rritet në mënyrë lineare nga e ulëta në e lartë, pastaj shpejt bie në të ulët. Në momentin e fillimit të rritjes niset numëruesi i kohës. Kur sinjali i dhëmbit të sharrës arrin nivelin e sinjalit hyrës, krahasuesi ndez dhe ndalon numëruesin; vlera lexohet nga numëruesi dhe futet në daljen e 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. Për të përmirësuar saktësinë, gjeneratori i dhëmbëve sharrë mund të ndërtohet rreth një numëruesi dhe një DAC ndihmës, por kjo strukturë nuk ka përparësi të tjera mbi përafrimin e njëpasnjëshëm dhe ADC-të e kodimit diferencial.
ADC-të me balancimin e ngarkesës (këto përfshijnë ADC-të me integrim me dy faza, ADC-të me integrim shumëfazësh dhe disa të tjerë) përmbajnë një gjenerator të qëndrueshëm të rrymës, një krahasues, një integrues të rrymës, një gjenerator të orës dhe një numërues pulsi. Transformimi bëhet në dy faza (integrimi me dy faza). Në fazën 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 (numër i plotë i madh, përcakton kohën e akumulimit të ngarkesës). Pas kësaj kohe, hyrja e integratorit shkëputet nga hyrja ADC dhe lidhet me një gjenerator të qëndrueshëm të rrymës. 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 kur fillon shkarkimi derisa integruesi të arrijë ngarkesën zero. Numri i numëruar i impulseve të orës do të jetë kodi i daljes së ADC. Mund të tregohet se numri i pulseve n të numëruara gjatë kohës së shkarkimit është i barabartë me: n=UinN(RI0)−1, ku Uin është tensioni në hyrje i ADC, N është numri i pulseve të fazës së akumulimit (i 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. Nuk ka kërkesa strikte as për stabilitetin afatgjatë të gjeneratorit të orës dhe tensionin e paragjykimit të krahasuesit: 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 vlerave analoge (rryma hyrëse dhe referuese) në raportin e kodeve numerike (n dhe N në termat e përcaktuar më sipër) me pak ose aspak gabime shtesë. . Gjerësia tipike e biteve të këtij lloji ADC është 10 deri në 18 bit. 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 shkalla e ulët e konvertimit. ADC-të me balancimin e ngarkesës përdoren në instrumentet matëse me precizion të lartë.
ADC me konvertim të ndërmjetëm në ritmin e përsëritjes së pulsit. Sinjali nga sensori kalon përmes konvertuesit të nivelit, dhe më pas përmes konvertuesit të tensionit-frekuencës. Kështu, një sinjal arrin drejtpërdrejt në hyrjen e qarkut logjik, karakteristikë e të cilit është vetëm frekuenca e pulsit. Numëruesi logjik i pranon këto impulse si hyrje gjatë kohës së kampionimit, duke dhënë kështu një kombinim kodesh deri në fund të tij, numerikisht i barabartë me numrin e pulseve që erdhën në konvertues gjatë kohës së marrjes së mostrave. ADC të tilla janë mjaft të ngadalta dhe jo shumë të sakta, por megjithatë shumë të thjeshta për t'u zbatuar dhe për këtë arsye kanë një kosto të ulët.
ADC-të sigma-delta (të quajtura edhe ADC-të delta-sigma) kryejnë një konvertim analog në dixhital me një shpejtësi kampionimi shumë herë më të lartë se ai i kërkuar dhe, duke filtruar, lënë vetëm brezin spektral të dëshiruar në sinjal.
ADC-të jo-elektronike zakonisht ndërtohen mbi të njëjtat parime.
ADC komerciale
Si rregull, ato lëshohen në formën e mikroqarqeve.
Për shumicën e ADC-ve, thellësia e bitit është nga 6 në 24 bit, shkalla e marrjes së mostrave është deri në 1 MHz. ADC-të mega dhe GHz janë gjithashtu të disponueshme (shkurt 2002). ADC-të megahertz kërkohen në kamerat dixhitale video, pajisjet e kapjes së videove dhe akorduesit 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 LSM.
Një nga faktorët që rrit koston e mikroqarqeve është numri i kunjave, pasi ato detyrojnë paketimin e çipit të bëhet më i madh dhe secila kunj duhet të lidhet me një çip. Për të zvogëluar numrin e kunjave, shpesh ADC-të që funksionojnë me shpejtësi të ulët të kampionimit kanë një ndërfaqe serike. Përdorimi i një ADC me një ndërfaqe serike shpesh ju lejon të rritni densitetin e montimit dhe të krijoni një tabelë me një zonë më të vogël.
Shpesh çipat ADC kanë disa hyrje analoge të lidhura brenda me një ADC të vetëm përmes një multiplekseri analog. Modele të ndryshme të ADC-ve mund të përfshijnë pajisje për mbajtjen e mostrës, amplifikues instrumentesh ose një hyrje diferenciale të tensionit të lartë dhe qarqe të tjera të tilla.
Përdorime të tjera
Konvertimi A/D përdoret kudo ku duhet marrë dhe përpunuar në mënyrë dixhitale një sinjal analog.
ADC-të e veçanta të videos përdoren në akorduesit e televizorit kompjuterik, kartat e hyrjes video, kamerat video për dixhitalizimin e sinjalit video. Mikrofoni dhe hyrjet audio të linjës të kompjuterëve janë të lidhur me një ADC audio.
ADC-të janë një pjesë integrale e sistemeve të marrjes së të dhënave.
ADC-të SAR me kapacitet 8-12 bit dhe ADC-të sigma-delta me kapacitet 16-24 bit janë të integruara në mikrokontrollues me një çip.
Në oshiloskopët dixhitalë nevojiten ADC shumë të shpejta (përdoren ADC paralele dhe me tubacion)
Peshoret moderne përdorin ADC me kapacitet deri në 24 bit, të cilët konvertojnë sinjalin direkt nga matësi i tendosjes (sigma-delta ADC).
ADC-të janë pjesë e modemeve të radios dhe pajisjeve të tjera radio të dhënash, ku ato përdoren së bashku me një procesor DSP si demodulues.
ADC-të ultra të shpejtë përdoren në sistemet e antenave të stacioneve bazë (në të ashtuquajturat antena SMART) dhe në grupet e antenave të radarit.
Konvertuesi D/A (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 modulimin e kodit të pulsit (PCM, modulimin e kodit të pulsit) si hyrje. Detyra e konvertimit të formateve të ndryshme të ngjeshur në PCM kryhet nga kodekët përkatës.
Aplikacion
DAC përdoret sa herë që është e nevojshme të konvertohet një sinjal nga një paraqitje dixhitale në një analoge, për shembull, në riprodhuesit CD (Audio CD).
Llojet e DAC
Llojet më të zakonshme të DAC elektronike janë:
Modulatori 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 teknologjinë audio hi-fi;
DAC-të e mostrës së tepërt, të tilla si DAC-të delta-sigma, bazohen në densitetin e ndryshueshëm të pulsit. Mbingarkimi ju lejon të përdorni një DAC me një thellësi bit më të ulët për të arritur një thellësi më të madhe të bitit të konvertimit përfundimtar; shpesh një DAC delta-sigma ndërtohet rreth DAC më të thjeshtë njëbitësh që është gati linear. Një DAC me bit të vogël merr një sinjal pulsues me një densitet pulsi të moduluar (me një kohëzgjatje 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 të mëdha (më shumë se 16 bit) janë ndërtuar mbi këtë parim për shkak të linearitetit të lartë dhe kostos së ulët. Shpejtësia e delta-sigma DAC arrin qindra mijëra mostra në sekondë, thellësia e bitit është deri në 24 bit. Për të gjeneruar një sinjal me një densitet pulsi të moduluar, mund të përdoret një modulator i thjeshtë delta-sigma i rendit të parë ose më i lartë si MASH (English Multistage Noise SHaping). Me rritjen e frekuencës së marrjes së mostrave të tepërta, kërkesat për filtrin e kalimit të ulët të daljes relaksohen dhe frenimi i zhurmës së kuantizimit përmirësohet;
Lloji i peshimit 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. Fuqia aktuale 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 ka saktësi të ulët për shkak të nevojës për të pasur një grup burimesh ose rezistencash të ndryshme precize dhe një rezistencë jo të qëndrueshme. Për këtë arsye, DAC-të e peshimit janë të kufizuara në tetë bit;
Lloji i shkallëve 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: matricën e rrymës direkte dhe matricën e tensionit të anasjelltë. 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. Lloji DAC R-2R ju lejon të shtyni kufijtë në kapacitetin 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 e njësisë DAC prej mikrosekonda dhe më poshtë (domethënë nanosekonda);
KarakteristikatDAC-të janë të vendosura në fillim të rrugës analoge të çdo sistemi, kështu që parametrat e DAC përcaktojnë kryesisht parametrat e të gjithë sistemit në tërësi. Karakteristikat më të rëndësishme të DAC janë renditur më poshtë.
Thellësia e bitit - numri i niveleve të ndryshme të sinjalit të daljes që mund të riprodhojë DAC. Zakonisht jepet në bit; numri i biteve është logaritmi bazë 2 i numrit të niveleve. Për shembull, një DAC me një bit mund të riprodhojë dy nivele () dhe një DAC me tetë bit mund të riprodhojë 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 mund të funksionojë DAC, duke dhënë rezultatin e saktë në dalje. 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 të paktën dyfishi i frekuencës maksimale në spektrin e sinjalit. Për shembull, për të riprodhuar të gjithë gamën e frekuencës së dëgjimit të njeriut, spektri i të cilit shtrihet deri në 20 kHz, është e nevojshme që sinjali audio të merret në një frekuencë prej të paktën 40 kHz. Standardi Audio CD specifikon një shpejtësi të mostrës audio prej 44,1 kHz; për të riprodhuar këtë sinjal, do t'ju duhet një DAC i aftë të funksionojë në këtë frekuencë. Në kartat e lira të zërit të kompjuterit, shkalla e marrjes së mostrave është 48 kHz. Sinjalet e marra në kampione në frekuenca të tjera mbisampionohen deri në 48 kHz, gjë që degradon pjesërisht cilësinë e sinjalit.
Monotoniciteti është veti e DAC për të rritur sinjalin e daljes analoge ndërsa kodi i hyrjes rritet.
THD+N (Deformimi Total Harmonik + Zhurma) është një masë e shtrembërimit dhe zhurmës së futur në një sinjal nga një 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 sinjaleve më të mëdha dhe më të vogla që një DAC mund të riprodhojë, i shprehur në decibel. Ky parametër lidhet me thellësinë e bitit dhe pragun e zhurmës.
Karakteristikat statike:
DNL (jolineariteti diferencial) - karakterizon se sa ndryshon rritja e sinjalit analog të marrë duke rritur kodin me 1 bit më pak të rëndësishëm (LSD) nga vlera e saktë;
INL (jolineariteti integral) - karakterizon se si karakteristika e transferimit të DAC ndryshon nga ajo ideale. Karakteristika ideale është rreptësisht lineare; INL tregon se sa tensioni në daljen e DAC për një kod të caktuar devijon nga karakteristika lineare; shprehur në MZR;
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 (raporti i i-të harmonik) karakterizon raportin e harmonikës së i-të me harmonikën kryesore;
THD (shtrembërim harmonik) - raporti i fuqisë totale të të gjitha harmonikave (përveç të parës) me fuqinë e harmonikës së parë
Një konvertues dixhital në analog (DAC) është një pajisje për konvertimin e një kodi dixhital në një sinjal analog në një sasi proporcionale me vlerën e kodit.
DAC-të përdoren për të komunikuar sistemet e kontrollit dixhital me pajisje që kontrollohen nga niveli i sinjalit 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 aplikuar në hyrjet e DAC.
U maksimum- Tensioni maksimal i daljes që korrespondon me furnizimin e kodit maksimal në hyrje N max
vlera K tsap, i përcaktuar nga raporti , quhet faktori 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 i shifrës së kodit të hyrjes N në; Ai- kuptimi i shifra e th (zero ose një); U i - pesha i-kategoria; n është numri i biteve të kodit hyrës (numri i biteve të DAC).
Pesha e shifrës përcaktohet për një thellësi specifike të bitit dhe llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme
U OP - tension referues i DAC
Parimi i funksionimit të shumicës së DAC-ve është përmbledhja e proporcioneve të sinjaleve analoge (pesha bit), në varësi të kodit të hyrjes.
Një 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, sinjalet e gjeneratorëve aktualë dhe burimeve të E.D.S. Metoda e fundit është një ndarës tensioni i kontrolluar me kod. Dy metodat e fundit nuk përdoren gjerësisht për shkak të vështirësive praktike të zbatimit të tyre.
Mënyrat për të zbatuar një DAC me përmbledhjen e rrymës së ponderuar
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 sipas ligjit 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, rryma 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. Kur futni kodin N nëçelësat ndizen në përputhje me vlerën e biteve të kodit hyrës që u korrespondojnë atyre. Çelësi mbyllet nëse biti përkatës është i barabartë me një. Në këtë rast, rrymat proporcionale me peshat e këtyre biteve 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 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
Sidoqoftë, kur ndryshoni kodin në hyrjet e DAC, sasia e rrymës së marrë 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 burimi i tensionit të referencës është me 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. tek ndryshimi i kodit. Kjo mangësi mund të eliminohet nga struktura e DAC me çelësa komutues.
Kjo strukturë ka dy nyje dalëse. Në varësi të vlerës së bitave 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, rryma rrjedh vazhdimisht nëpër çdo rezistencë të matricës, pavarësisht nga pozicioni i çelësit, dhe sasia e rrymës së konsumuar nga burimi i tensionit të referencës është konstante.
Një pengesë e zakonshme e të dy strukturave të konsideruara është raporti i madh midis vlerës më të vogël dhe më të madhe të rezistorëve të matricës. Në të njëjtën kohë, pavarësisht ndryshimit të madh në vlerat e rezistencës, është e nevojshme të sigurohet e njëjta saktësi absolute e montimit të rezistencës më të madhe dhe më të vogël për sa i përket vlerës. Në versionin e integruar të DAC, me numrin e biteve më shumë se 10, kjo është mjaft e vështirë të sigurohet.
Nga të gjitha disavantazhet e mësipërme, strukturat e bazuara në rezistente R-2R matricat
Me një ndërtim të tillë të një matrice rezistente, rryma në secilën degë paralele të mëvonshme është më e vogël se në atë të mëparshmen përgjysmë. Prania e vetëm dy vlerave të rezistencës në matricë e bën mjaft të lehtë rregullimin e vlerave të tyre.
Rryma e daljes për secilën prej strukturave të paraqitura është në të njëjtën kohë proporcionale jo vetëm me vlerën e kodit të hyrjes, por edhe me vlerën e tensionit të referencës. Shpesh thuhet se është në përpjesëtim me produktin e këtyre dy sasive. Prandaj, DAC të tilla quhen shumëfishuese. Të gjithë do të kenë këto prona. DAC, në të cilën formimi i vlerave të ponderuara të rrymave që korrespondojnë me peshat e shkarkimeve kryhet duke përdorur matrica rezistente.
Përveç përdorimit për qëllimin e synuar, DAC-të shumëzuese përdoren si shumëzues analog-dixhital, si rezistenca dhe përçueshmëri të kontrolluara nga kodi. Ato përdoren gjerësisht si komponentë në ndërtimin e amplifikatorëve (të sintonizueshëm) të kontrolluar me kod, filtrave, burimeve të tensionit të referencës, kondicionerëve të sinjalit, etj.
Parametrat bazë dhe gabimet e DAC
Parametrat kryesorë që mund të shihen në drejtori:
1. Numri i shifrave - numri i shifrave të kodit të hyrjes.
2. Faktori i konvertimit - raporti i rritjes së sinjalit të daljes me rritjen e sinjalit hyrës për një funksion të transformimit linear.
3. Koha e vendosjes së tensionit ose rrymës së daljes - intervali kohor nga momenti i ndryshimit të kodit të specifikuar në hyrjen DAC deri në momentin në të cilin tensioni ose rryma e daljes më në fund hyn në zonën me gjerësinë e bitit më pak të rëndësishëm ( MZR).
4. Frekuenca maksimale e konvertimit - frekuenca më e lartë e ndryshimit të kodit, në të cilën parametrat e specifikuar përputhen me standardet e vendosura.
Ekzistojnë parametra të tjerë që karakterizojnë performancën e DAC dhe tiparet e funksionimit të tij. Këto përfshijnë: tensionin hyrës të nivelit të ulët dhe të lartë, konsumin e rrymës, tensionin e daljes ose diapazonin e rrymës.
Parametrat më të rëndësishëm për një DAC janë ato që përcaktojnë karakteristikat e tij të saktësisë.
Karakteristikat e saktësisë së çdo DAC , Para së gjithash, ato përcaktohen nga gabimet e normalizuara në madhësi.
Gabimet ndahen në dinamike dhe statike. Gabimet statike janë gabimet që mbeten pas përfundimit të të gjitha kalimeve që lidhen me ndryshimin e kodit të hyrjes. Gabimet dinamike përcaktohen nga proceset kalimtare në daljen e DAC, të cilat lindën si rezultat i ndryshimit të kodit të hyrjes.
Llojet kryesore të gabimeve statike DAC:
Gabimi absolut i konvertimit në pikën fundore 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 shifrës më pak të rëndësishme të konvertimit.
Tensioni i kompensimit zero në dalje – Tensioni DC në daljen DAC në kodin hyrës që korrespondon me vlerën zero të tensionit të daljes. Ajo matet në njësi të shifrës më pak të rëndësishme. Gabim i koeficientit të transformimit (i shkallëzuar) - i lidhur me devijimin e pjerrësisë së funksionit të transformimit nga ai i kërkuar.
Jolineariteti i DAC është devijimi i funksionit aktual të konvertimit nga vija e drejtë e rënë dakord. Është gabimi më i keq me të cilin është e vështirë të përballesh.
Gabimet e jolinearitetit përgjithësisht ndahen në dy lloje - integrale dhe diferenciale.
Gabimi i jolinearitetit integral është devijimi maksimal i karakteristikës reale nga ajo ideale. Në fakt, funksioni i transformimit mesatar konsiderohet në këtë rast. Përcaktoni këtë gabim si përqindje e diapazonit përfundimtar të vlerës së daljes.
Jolineariteti diferencial shoqërohet me pasaktësinë e vendosjes së peshave të shifrave, d.m.th. me gabime të elementeve ndarës, përhapje 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 ose në një tjetër. Në këtë rast, korrigjimi kryhet duke futur në strukturën e pajisjes, përveç BIS DAC elemente shtesë. Metoda të tilla quhen strukturore.
Procesi më i vështirë është të sigurohet lineariteti, pasi ato përcaktohen nga parametrat shoqërues të shumë elementeve dhe nyjeve. Më shpesh, vetëm kompensimi zero, koeficienti
Parametrat e saktësisë të ofruara nga metodat teknologjike përkeqësohen kur konverteri është i ekspozuar ndaj faktorëve të ndryshëm destabilizues, kryesisht temperaturës. Është gjithashtu e nevojshme të mbani mend për faktorin e plakjes së elementit.
Gabimi i kompensimit zero dhe gabimi i shkallëzimit korrigjohen lehtësisht në daljen DAC. Për ta bërë këtë, një kompensim konstant 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 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 veprimesh testimi të mjaftueshme për të identifikuar gabimet.
2. Identifikimi i gabimeve duke llogaritur devijimet e tyre nga rezultatet e matjes.
3. Llogaritja e ndryshimeve 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 konvertuesin 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 mikroprocesor.
Disavantazhi kryesor i çdo metode të kontrollit nga fundi në fund është koha e gjatë e kontrollit së bashku me heterogjenitetin dhe sasinë e madhe të pajisjeve të përdorura.
Vlerat e korrigjimit 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 arrin në hyrjen DAC, në të cilin tensioni ose vlera aktuale e kërkuar formohet në daljen e tij. Zbatimi më i thjeshtë i kësaj metode korrigjimi konsiston në një të korrigjueshme DAC, në hyrjen e së cilës është instaluar një pajisje ruajtëse dixhitale ( kujtesa). Kodi i hyrjes luan rolin e një kodi adrese. NË memorie në adresat përkatëse, të llogaritura paraprakisht, duke marrë parasysh korrigjimet, futen vlerat e kodeve të dhëna në DAC të korrigjuar.
Me korrigjim analog, përveç DAC kryesore, përdoret një DAC tjetër shtesë. Gama e sinjalit të tij dalës korrespondon me gabimin maksimal të DAC të korrigjuar. Kodi i hyrjes futet në të njëjtën kohë në hyrjet e DAC të korrigjuar dhe në hyrjet e adresës memorie amendamentet. Nga memorie korrigjime, 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 dalës të DAC-it të korrigjuar, gabimet e brendshme të të parit neglizhohen.
Në disa raste, bëhet e nevojshme korrigjimi i dinamikës së 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 DAC nuk mjafton për të njohur listën e karakteristikave të tyre kryesore dhe skemat kryesore për përfshirjen e tyre.
Ndikim i rëndësishëm në rezultatet e aplikimit BIS DAC siguron kërkesat e performancës për shkak të karakteristikave të një mikroqarku të veçantë. Kërkesa të tilla përfshijnë jo vetëm përdorimin e sinjaleve të vlefshme hyrëse, tensionin e furnizimit me energji, kapacitetin e ngarkesës dhe rezistencën, por edhe zbatimin e rendit të ndezjes së furnizimeve të ndryshme të energjisë, ndarjen e qarqeve të lidhjes së furnizimeve të ndryshme të energjisë dhe një autobusi të përbashkët, përdorimi i filtrave etj.
Për DAC-të precize, voltazhi i daljes së zhurmës është i një rëndësie të veçantë. Një tipar i problemit të zhurmës në DAC është prania e ngritjeve të tensionit në daljen e tij të shkaktuara nga çelësat e ndërrimit brenda konvertuesit. Në amplitudë, këto shpërthime mund të arrijnë disa dhjetëra pesha. MZR 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 e DAC ( UVH). UVH kontrollohet nga pjesa dixhitale e sistemit, e cila gjeneron kombinime të reja kodesh në hyrje të DAC. Para se të dërgoni një kombinim të ri kodi UVH futet në modalitetin e ruajtjes, duke hapur qarkun e transmetimit të sinjalit analog në dalje. Për shkak të kësaj, rritja e tensionit të daljes së DAC nuk bie në dalje. UVH, i cili më pas futet në modalitetin e gjurmimit, duke përsëritur sinjalin dalës të DAC.
Vëmendje e veçantë kur ndërtoni një DAC bazuar në BISështë e nevojshme t'i kushtohet vëmendje zgjedhjes së amplifikatorit operacional që shërben për shndërrimin e rrymës së daljes së DAC në tension. Kur aplikoni kodin hyrës në DAC në dalje OU gabimi do të funksionojë 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 mështë rezistenca e matricës rezistente të DAC (rezistenca dalëse e DAC), e cila varet nga vlera e 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, është e nevojshme të merret një tension dalës bipolar në daljen DAC. Kjo mund të arrihet duke futur një paragjykim në diapazonin e 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 një numër bitësh më shumë se sa ju nevojitet, atëherë hyrjet e biteve të papërdorura lidhen me autobusin tokësor, duke përcaktuar në mënyrë të qartë nivelin e zeros logjik mbi to. Për më tepër, për të punuar, nëse është e mundur, me një gamë të madhe të sinjalit dalës LSI DAC, shifrat merren për shifra të tilla, duke filluar nga më të rinjtë.
Një nga shembujt praktikë të përdorimit të DAC-ve janë kondicionerët e sinjalit të formave të ndryshme. Bërë një model të vogël në proteus. Duke përdorur DAC të një MK të kontrolluar (Atmega8, megjithëse mund të bëhet në Tiny), formohen 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 qarkut tipik. Meqenëse dalja e tij është aktuale, ajo shndërrohet në tension me ndihmën e një përforcuesi invertues në op-amp.
Në parim, mund të keni edhe figura kaq interesante, diçka që të kujton të vërtetën? Nëse zgjidhni pak thellësi për më shumë, do të bëheni më të lëmuar
Bibliografi:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Konvertuesit analog në dixhital / Ed. G.D.Bakhtiyarova - M.: Sov. radio. - 1980. - 278 f.: i sëmurë.
2. Projektimi i sistemeve mikroprocesorike të kontrollit dhe menaxhimit analog-dixhital.
3. O.V. Shishov. - Saransk: Shtëpia Botuese e Mordovit. un-ta 1995. - f.
Më poshtë mund ta shkarkoni projektin
