69.1Аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Разрешение АЦП — минимальное изменение величины аналогового сигнала, которое может быть преобразовано данным АЦП — связано с его разрядностью. В случае единичного измерения без учёта шумов разрешение напрямую определяется разрядностью АЦП. Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе.

Методы преобразования:

времяимпульсный (рассмотрен ниже) Число импульсов, подсчитанных счётчиком, определяется:

N = Dt/T_o = f₀×Dt .

частотноимпульсный

при оценке длины отрезка X, если нет отрезков единичной длины, а есть большой отрезок известной длины Aq, – то отрезок X вкладывается в отрезок Aq. Число вложений подсчитывается (рисунок 25.2). ()

Метод характеризуется последовательным счётом повторяющейся измеряемой величины и используется, если оцениваемая величина преобразована в частоту следования импульсов: XÞYÞfÞКОД

Число импульсов, подсчитанных счётчиком, определяется

M = Dt_о/T_x = f_x×Dt_o.

кодоимпульсный

можно использовать набор отрезков, длины которых соответствуют весовым коэффициентам двоичного кода (2⁰; 2¹; 2²; 2³) и равны q , 2q , 4q , 8q (рисунок 25.4).

Метод характеризуется наличием нескольких мер, кратных кванту и относящихся как весовые коэффициенты кода; количеством мер, равным числу разрядов кода; комбинации мер по логической программе сравниваются с измеряемой величиной, приближаясь к ней.

метод пространственного кодирования

метод считывания

напряжение постоянного тока сравнивается с рядом постоянных опорных напряжений, количество которых равно количеству квантов

Наиболее сложным узлом АЦП является его узел аналогового преобразования, в основном определяющий погрешность АЦП. Простейшим примером АЦП является времяимпульсный преобразователь с линейной развёрткой (однотактный).

Преобразование входного напряжения u_x во временной интервал t_x является аналоговым (u_x и t_x – непрерывные по значению величины). Преобразование интервала t_x в число импульсов N_x – аналого-цифровое, т. к. N_x – дискретная величина.

Соотношение N_xи t_xопределяется выражением N_x = f₀t_x , где f₀ – частота опорного генератора (ОГ) (частота импульсного сигнала, проходящего через временной селектор – схему И – за интервал времени t_x), рисунок 25.8А.

Рисунок 25.8А – Времяимпульсный АЦП с линейной развёрткой

Квант такого преобразователя равен единице младшего разряда, т. е. в единицах времени он равен периоду сигнала ОГ: q = 1/f₀. На рисунке 25.8Б приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу АЦП (точки наблюдения 1–4). Здесь t_Ф, t_ПОД – длительность интервалов фиксации результата преобразования и подготовки к следующему циклу преобразования; Т_{Ц ПР} – длительность цикла преобразования. Классификация АЦП

70.1Цифро-аналоговые преобразователи.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) могут применяться как в составе отдельных функциональных звеньев, так и как самостоятельный узел.

Характеристики

1. Разрядность — количество различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести.

2. Максимальная частота дискретизации — максимальная частота, на которой ЦАП может работать, выдавая на выходе корректный результат.

3. Монотонность — свойство ЦАП увеличивать аналоговый выходной сигнал при увеличении входного кода.

4. Динамический диапазон — соотношение наибольшего и наименьшего сигналов, которые может воспроизвести ЦАП, выражается в децибелах. Данный параметр связан с разрядностью и шумовым порогом.

Статические характеристики:

5. DNL (дифференциальная нелинейность) характеризует, насколько приращение аналогового сигнала, полученное при увеличении кода на 1 младший значащий разряд (МЗР), отличается от правильного значения;

6. INL (интегральная нелинейность) характеризует, насколько передаточная характеристика ЦАП отличается от идеальной. Идеальная характеристика строго линейна; INL показывает, насколько напряжение на выходе ЦАП при заданном коде отстоит от линейной характеристики; выражается в МЗР;

7. усиление;

смещение.

Классификаций ЦАП: деление на матричные и безматричные.

Матричные ЦАП делятся на приведённые ниже группы.

Первая из них - с делением напряжения, рисунок 43.1.

вторая группа матричных ЦАП - токовые ЦАП

Токовый ЦАП со взвешенными резисторами

На инвертирующем входе операционного усилителя (ОУ) напряжение равно нулю, независимо от состояния переключателей.

Ток вi-ом разряде может быть: или I_i = 0 (по коду).

Ток ,а u_o=-I_åR_ocпропорционально кодуN.

ЦАП с суммированием напряжений

Характеристики преобразования даны на рисунке 43.9.

Основные динамические параметры ЦАП.

А)Время установления выходного сигнала:время от момента изменения кода на входе от минимального до максимального до момента, когда значение выходного сигнала отличается от установившегося на заданную величину (0,5 ЕМР).

Б)Время задержки распространения: время от момента достижения входным сигналом уровня 0,5 своего значения до момента достижения выходным сигналом уровня 0,5.

В)Время нарастания - время, за которое выходной сигнал изменяется от 0,1 до 0,9 установившегося значения.

Д) Время переключения - время от момента изменения входного кода до достижения на выходе уровня 0,9.

Рисунок 43.10 - Нелинейность характеристики преобразования ЦАП