Статические параметры

    Разрешающая способность - приращение Uвых при преобразовании смежных значений Dj, т.е. отличающихся на ЕМР (единица младшего разряда). Это приращение является шагом квантования.

    Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.

    Является мультипликативной составляющей полной погрешности. Иногда указывается соответствующим числом ЕМР.

    Погрешность смещения нуля - значение Uвых, когда входной код ЦАП равен нулю. Является аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:

    Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования U_вых(D) от оптимальной. Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности.

    Дифференциальная нелинейность - максимальное изменение (с учетом знака) отклонения реальной характеристики преобразования Uвых(D) от оптимальной при переходе от одного значения входного кода к другому смежному значению.

Динамические параметры

     Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все единицы".

    Время установления - интервал времени от момента изменения входного кода ( t=0) до момента, когда в последний раз выполняется равенство

|U_вых-U_пш|=d/2,

    Скорость нарастания - максимальная скорость изменения Uвых(t) во время переходного процесса. Определяется как отношение приращения dUвых ко времени t, за которое произошло это приращение. Обычно указывается в технических характеристиках ЦАП с выходным сигналом в виде напряжения. У ЦАП с токовым выходом этот параметр в большой степени зависит от типа выходного ОУ.

    

Рис. 3.14. Резистивные матрицы

а) со взвешивающими резисторами; б) с резисторной сеткой R – 2R

 

Токовые ключи, предназначенные для коммутации элементов резистивной матрицы, должны иметь высокое быстродействие и не вносить заметных погрешностей в разрядные    токи.Для преобразователей среднего и низкого быстродействия широко применяются ключи на КМДП-транзисторах, характеризующие­ся малым потреблением энергии.Ключи для   быстродействующих ЦАП строятся обычно на биполярных транзисторах и диодах.Схема ключа на КМДП-транзисторах с согласующим устройством показана на рис 3.15.

 

Рис. 3.15. Схема токового ключа на КМДП-транзисторах

 

В этой схеме транзисторы VT1, VT2 служат для согласования с микросхемами на входе ЦАП, транзисторы VT4-VТ7 используются для управления ключевыми транзисторами VT8, VT9, которые подключают разрядные токи резистивной матрицы к одной из двух выходных шин.Через транзистор VТ3 осуществляется положительная обратная связь для уменьшения времени переключения.

Генераторы токов предназначены для стабилизации токов, изменяющихся в первую очередь за счет колебаний температуры.Один из вариантов генераторов тока (ГТ) с обратной связью приведен на рис.3.16.В этой схеме транзисторы VT1-VT4 стабилизируют токи резистивной матрицы R-8R.Вспомогательный транзистор вместе с усилителем образуют схему управления, обеспечивают стабилизацию тока транзисторов VT1-VT4 [1].

 

Рис. 3.16. Схема генератора токов с устройством управления

 

Эта стабилизация осуществляется следующим образом.Изменение разрядных токов от расчётных величин контролируется по току коллектора вспомогательного транзистора VT0, идентичного транзисторам VТ1-VT4 и находящегося с ними в одинаковых температурных условиях.Если через цепь коллектора протекает заданный ток I_k, то сигнал коррекции с выхода ОУ не будет сниматься на базы транзистора VТ0-VT4 (баланс ОУ), и режим транзисторов не изменится.При отклонении I_k от заданного на базы транзисторов VT1-VT4 будет подаваться сигнал коррекции.Выходным усилителем обычно служит ОУ, который суммирует разрядные токи. Напряжение на выходе ОУ пропорционально входному току:

где R_ОС – сопротивление обратной связи ОУ.

Источник опорного напряжения чаще всего бывает внешним, но в некоторых случаях его встраивают в микросхему ЦАП.Опорное напряжение может поддерживаться постоянным, либо изменяться по определенному закону (перемножающий ЦАП). В состав простейшей схемы параллельного ЦАП обычно входят: ИОН, резистивные или активные делители, ключевые элементы, ОУ. Для повышения быстро­действия ЦАП обычно используют матрицы с малыми значениями сопротивлений.Однако при этом снижается точность преобразования.

В качестве делителей в схеме чаще применяются матрицы R – 2R из взвешенных резисторов.Суммирование токов, образованных под­ключением соответствующих источников, производится ОУ [1].

Вместо резистивных делителей в параллельных ЦАП могут быть использованы активные делители тока.Типовая схема такого преобразователя содержит, как правило, источник опорного тока, делители тока по числу разрядов входного кода, ключевые элементы, суммирующий ОУ, вспомогательные элементы.Широко распространены транзисторные делители тока с согласованными параметрами.При условии идентичности параметров,     электрических режимов и нагрузки транзисторной пары общий эмиттерный ток делится пополам.Последовательным делением тока на два образуется двоичный ряд токов.При потенциале, соответствующем лог.1 разрядный весовой ток через переключатель поступает на суммирующий ОУ.В противном случае происходит его отключение от ОУ.

Микроэлектронные ЦАП обладают рядом функциональных особенностей.Они могут, например, работать с постоянным или изменяющимся напряжением от ИОН. Преобразователи,  работающие с изменяющимся опорным напряжением, называют умножающими. В умножающих ЦАП применяется токовые ключи на основе МОП транзисторов в режиме малых напряжений стока, что дает им возможность работать с опорным напряжением произвольных знака и формы. Выходной сигнал такого ЦАП может располагаться в любом из четырех квадрантов в зависимости от знаков, принимаемых сомножителями в уравнении:

U_вых = КU_опF(t),                                                                              (11)

где К – коэффициент передачи (функция кода);

      U_оп – опорное напряжение;

      F(t) – функция изменения U_оп.

Для переменного опорного напряжения уравнение примет вид:

U_вых = КU_оп                                                                                

19.Компараторы напряжения на операционных усилителях. Варианты построения выходной цепи для согласования с логическими схемами. Однопороговые компараторы напряжения в интегральном исполнении. Описание работы компаратора. Как влияет коэффициент усиления компаратора на его чувствительность и время задержки срабатывания и почему имеется такое влияние? Пример построения селектора импульсов по амплитуде с использованием однопороговых компараторов и аналоговых ключей. Регенеративные компараторы. Схема включения, временные диаграммы работы. От чего зависит гистерезис (ширина петли гистерезиса) регенеративных компараторов. Для чего используются регенеративные компараторы.

Компараторы напряжения

Компараторы напряжения – это устройства, предназначенные для сравнения двух

аналоговых сигналов. Компаратор построен на базе операционного усилителя, на выходе

которого включен формирователь импульсов, преобразующий выходное напряжение

операционного усилителя в напряжение логического уровня. Компаратор с малым

коэффициентом усиления имеет более высокое быстродействие, чем компаратор с большим коэффициентом усиления.

В высокочастотных интегральных АЦП используют компараторы с временем

переключения составляющим доли наносекунд.

Временем установления компаратора называют время нарастания напряжения на выходе

компаратора от нуля до порогового напряжения срабатывания микросхем, включенных на еговыходе.

Регенеративный компаратор (триггер Шмитта)

Регенеративный компаратор обладает положительной обратной связью.

Внутри петли гистерезиса компаратор не переключается (не чувствителен). Ширина

петли гистерезиса зависит от соотношения между R1 и R2. При R1/ R2=1 петля гистерезиса шире,чем при R1/ R2=10

Компаратор - это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления. Поэтому, если подать на один его вход (например инверсный) какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход (прямой) изменяющийся сигнал - выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот. Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу. Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже - закрывается. То есть компаратор сравнивает напряжения. Вот мы и подошли к сути основного назначения компаратора - сравнивать между собой два напряжения (сигнала), и выдавать на выходе напряжение (сигнал) в том случае, когда сигнал на одном входе, стал больше или меньше уровня, установленного опорным напряжением другого входа. На компараторах можно собирать различные устройства, такие как терморегуляторы, стабилизаторы, различные устройства автоматики - используя для изменения входного сигнала различные датчики, такие как, терморезисторы, фоторезисторы, индикаторы влажности и т.д. и т.п.  Выходные каскады компараторов рассчитаны таким образом, чтобы их выходное напряжение соответствовало бы входному логическому уровню многих цифровых микросхем, поэтому их ещё могу называть формирователями. В принципе на любом операционном усилителе можно построить компаратор (но не наоборот).