🗊Презентация Цифро-аналоговый преобразователь: структурная схема и принцип действия

Цифро-аналоговый преобразователь: структурная схема и принцип действия Аналого-цифровые преобразователи: структурные схемы и принцип действия

Цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователи. Цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователи. Общепринятая аббревиатура ЦАП и АЦП. В англоязычной литературе применяются термины DAC и ADC. Цифро-аналоговые преобразователи служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми элементами и системами.

ЦАП в основном строятся по двум принципам: ЦАП в основном строятся по двум принципам: взвешивающие - с суммированием взвешенных токов или напряжений, когда каждый разряд входного слова вносит соответствующий своему двоичному весу вклад в общую величину получаемого аналогового сигнала; такие ЦАП называют также параллельными или многоразрядными (multibit). Sigma-Delta, по принципу действия обратные АЦП

Принцип работы взвешивающего ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода. Принцип работы взвешивающего ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода.

ЦАП преобразует цифровой двоичный код Q4Q3Q2Q1 в аналоговую величину, обычно напряжение Uвых.. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i-1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой: ЦАП преобразует цифровой двоичный код Q4Q3Q2Q1 в аналоговую величину, обычно напряжение Uвых.. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i-1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой: Uвых=e*(Q1 1+Q2*2+Q3*4+Q4*8+…), где e - напряжение, соответствующее весу младшего разряда, Qi - значение i -го разряда двоичного кода (0 или 1). Например, числу 1001 соответствует Uвых=е*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e.

Высокоскоростные ЦАП используются во многих приложениях: испытательном и телекоммуникационном оборудовании, медицинской электронике, промышленной автоматике и других. В каждом из приложений предусматриваются своя специфика формирования сигнала и требования к его параметрам. Для примера, если требуется связь по постоянному току, с шириной полосы до 100 МГц и асимметричный выход. То в этом случае высокоскоростной ОУ(операционный усилитель) – самое подходящее решение для преобразования комплементарного токового выхода высокоскоростного ЦАП в выходной сигнал напряжения. Высокоскоростные ЦАП используются во многих приложениях: испытательном и телекоммуникационном оборудовании, медицинской электронике, промышленной автоматике и других. В каждом из приложений предусматриваются своя специфика формирования сигнала и требования к его параметрам. Для примера, если требуется связь по постоянному току, с шириной полосы до 100 МГц и асимметричный выход. То в этом случае высокоскоростной ОУ(операционный усилитель) – самое подходящее решение для преобразования комплементарного токового выхода высокоскоростного ЦАП в выходной сигнал напряжения.

Упрощенная структурная схема ЦАП с переключателями тока Упрощенная структурная схема ЦАП с переключателями тока

Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня входного сигнала и выдаче результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный, с одновременным измерением амплитуды каждого импульса. Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня входного сигнала и выдаче результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный, с одновременным измерением амплитуды каждого импульса. Внутренний ЦАП преобразует цифровое значение амплитуды в импульсы напряжения или тока нужной величины, которые расположенный за ним интегратор (аналоговый фильтр) превращает в непрерывный аналоговый сигнал. Для правильной работы АЦП входной сигнал не должен изменяться в течение времени преобразования, для чего на его входе обычно помещается схема выборки-хранения, фиксирующая мгновенный уровень сигнала и сохраняющая его в течение всего времени преобразования. На выходе АЦП также может устанавливаться подобная схема, подавляющая влияние переходных процессов внутри АЦП на параметры выходного сигнала

В основном применяется три типа АЦП: В основном применяется три типа АЦП: параллельные - входной сигнал одновременно сравнивается с эталонными уровнями набором схем сравнения (компараторов), которые формируют на выходе двоичное значение. последовательного приближения– в котором при помощи вспомогательного ЦАП генерируется эталонный сигнал, сравниваемый с входным. Эталонный сигнал последовательно изменяется по принципу половинного деления. Это позволяет завершить преобразование за количество тактов, равное разрядности преобразователя, независимо от величины входного сигнала. с измерением временных интервалов- используются различные принципы преобразования уровней в пропорциональные временные интервалы, длительность которых измеряется при помощи тактового генератора высокой частоты. Иногда называются также считающими АЦП.

Краткое описание принципа работы параллельных АЦП. Краткое описание принципа работы параллельных АЦП. Преобразователи этого типа осуществляют одновременно квантование сигнала с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику сигнала. Пороговые уровни компараторов установлены с помощью резистивного делителя в соответствии с используемой шкалой квантования. В таком АЦП количество компараторов равно 2N--1, где N - разрядность цифрового кода (для восьмиразрядного - 255).

При подаче на такой набор компараторов исходного сигнала на выходах последних будет иметь место проквантованный сигнал, представленный в унитарном коде. Для преобразования этого кода в двоичной используются логические схемы, называемые обычно кодирующей логикой. При подаче на такой набор компараторов исходного сигнала на выходах последних будет иметь место проквантованный сигнал, представленный в унитарном коде. Для преобразования этого кода в двоичной используются логические схемы, называемые обычно кодирующей логикой. Такая чрезвычайно простая структура параллельных АЦП делает их самыми быстрыми из известных преобразователей и позволяет достигать частот преобразования 100...200 МГц. Однако их объем приблизительно удваивается с каждым новым разрядом, что в общем ограничивает их число. Обычно оно не превышает 6... 8. В этом типе кодирующей логики используется непосредственный переход от унитарного кода, имеющего место на выходе компараторов, к двоичному.

Структурная схема 3-разрядного параллельного АЦП Структурная схема 3-разрядного параллельного АЦП

Пример: Максимальное входное напряжение 10В должно соответствовать коду «5» на выходе АЦП. Тогда требуемое значение опорного напряжения может быть найдено из соотношения: Пример: Максимальное входное напряжение 10В должно соответствовать коду «5» на выходе АЦП. Тогда требуемое значение опорного напряжения может быть найдено из соотношения: , откуда

Краткое описание принципа работы последовательных АЦП. Краткое описание принципа работы последовательных АЦП. Преобразователь этого типа является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП с двоично-взвешенными приближениями (см. рис.). В основе работы этого класса преобразователей лежит принцип последовательного сравнения измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т.д. от возможного максимального значения ее.

Это позволяет для m-разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за m последовательных шагов приближения (итераций) и позволяет получить с помощью таких АЦП в зависимости от числа используемых разрядов до 105-106преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 16 двоичных разрядов. Это позволяет для m-разрядного АЦП выполнить весь процесс преобразования за m последовательных шагов приближения (итераций) и позволяет получить с помощью таких АЦП в зависимости от числа используемых разрядов до 105-106преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая в основном используемым в нем ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 16 двоичных разрядов.

Этот преобразователь состоит из компаратора, счетчика и ЦАП. На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой — сигнал обратной связи с ЦАП. Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает накопительный счетчик. Этот преобразователь состоит из компаратора, счетчика и ЦАП. На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой — сигнал обратной связи с ЦАП. Работа преобразователя начинается с прихода импульса запуска, который включает накопительный счетчик. Выходной код последнего подается на ЦАП, осуществляющий его преобразование в напряжение обратной связи.

Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи сравняется с входными напряжениями и сработает компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление счетных импульсов на счетчик и осуществит считывание с него выходного кода, представляющего цифровой эквивалент входного напряжения в момент окончания преобразования Процесс преобразования продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи сравняется с входными напряжениями и сработает компаратор, который своим выходным сигналом прекратит поступление счетных импульсов на счетчик и осуществит считывание с него выходного кода, представляющего цифровой эквивалент входного напряжения в момент окончания преобразования