30. Цифро-аналоговые преобразователи: структура, основные характеристики.

Цифро-аналоговые преобразователи предназначены для создания выходной аналоговой величины, соответствующей цифровому коду, поступившему на вход преобразователя.

Структура микроэлектронных ацп

В полупроводниковых АЦП наибольшее распространение получили три известных принципа преобразования:

• последовательного счета;

• поразрядного кодирования (последовательного приближения);

• параллельного преобразования.

Параметры ацп

Статические параметры АЦП во многом по смыслу аналогичны статическим параметрам ЦАП и рассмотрены в предыдущих параграфах.

Среди динамических параметров АЦП основными являются:

• максимальная частота преобразования – частота дискретизации входного сигнала;

• апертурное время – время, в течение которого сохраняется неопределенность между значением выборки и временем, к которому оно относится;

• апертурная неопределенность – случайное изменение апертурного времени в конкретной точке характеристики преобразования;

• время кодирования – время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала (время от начала импульса запуска до появления выходного кода).

Характеристика преобразования (ХП). При подаче на вход

Рис. 11.3. Характеристика преобразования ЦАП

ЦАП цифровых двоичных комбинаций, управляющих состояниями ключей и меняющихся от 0 до, 2^N – 1 , на его выходе появится ступенчато нарастающее напряжение (рис.11.3). Высота каждой ступени соответствует шагу кван- тования U_кв. На харак- теристике преобразования можно выделить две характерные точки, это начальная и конечная точки ХП, которые определяются начальным и конечным значениями входного кода. Так как U_кв определяет минимальное значение выходное напряжения аналогового сигнала U_{вых min} = U_кв , то при выборе его значения необходимо учитывать также шумовые факторы и погрешности усиления масштабирующих усилителей.

Разрядность – число двоичных разрядов входного кода (N).

Диапазон выходной величины – интервал значений выходной аналоговой величины от начальной до конечной точки ХП.

Относительная разрешающая способность определяется как величина обратная числу уровней квантования

.

Абсолютная разрешающая способность – численно равна шагу квантования

,

где U_пш – напряжение полной шкалы, соответствующее максимальному выходному напряжению, 2^N – 1 – количество ступеней квантования.

Абсолютная погрешность преобразования d_пш показывает максимальное отклонение выходного напряжения в конечной точке реальной характеристики преобразования от выходного напряжения в конечной точке идеальной характеристики преобразования (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Погрешности преобразования ЦАП

Абсолютная погрешность преобразования оценивается в процентах или долях единицы младшего разряда (ЕМР). ЕМР – среднее значение ступени квантования по всей характеристике преобразования.

Интегральная нелинейность преобразования ЦАП – d_лн определяет максимальное отклонение реальной ХП от идеальной и оценивается также в долях ЕМР.

Дифференциальная нелинейность преобразования ЦАП – d_диф.лн численно равна максимальной разности двух соседних шагов квантования.

d_диф.лн = U_{кв 2} – U_{кв 1}

Дифференциальная нелинейность также оценивается в долях ЕМР.

Время установления t_уст выходного напряжения или тока – интервал времени от начала изменения выходного двоичного кода от минимального до максимального значения до момента когда выходной аналоговый сигнал достигнет заданной величины.

Максимальная частота преобразования f_пр – наибольшая частота смены входных кодовых наборов.

30. АЦП последовательного счета. Основные параметры.