2.2 Основные понятия и определения

Таблица 2

Вид сигнала.	ЦАП	АЦП
Аналоговый сигнал	Выходное напряжение или ток; полярная величина.	Входное напряжение; полярная величина.
Цифровой код	Входной сигнал параллельный или последовательный код; логические уровни; стробирование.	Параллельный или последовательный код; логические уровни; синхронизация.
	Аналоговый: +15В -15В Цифровой: +5В	+15В -15В +5В.
Сигналы управления	Стробирующий импульс	Команда преобразования; выходной сигнал состояния
Опорный сигнал	Внутренний или внешний; фиксированный или переменный.	Внутренний или внешний; фиксированной или переменной полярности

Аналоговый опорный сигнал – это высокостабильный сигнал напряжения.

Для питания АЦП и ЦАП подводится два источника питания цифровое и аналоговое, т.к. работа цифровых систем идет в импульсном режиме – помеха импульсная, а аналоговое питание –это гладкое питание, поэтому при соединении, в питание пойдет помеха.

У микросхемы две разных земли так как цепи земли у микросхемы от аналоговых и цифровых сигналов не должны соединятся.

Сигнал стробирование показывает, что на входе схемы готово слово, т.е. на входе стоят данные.

Команда преобразование дает состояние «готов», «не готов» слова на выходе.

Преобразователь работает с однополярными или биполярными цифровыми кодами, к первым относят прямой или обратный двоичный код или двоично-десятичный код(4 бита на каждый десятичный разряд), ко вторым двоичный код со смещением(с плавающей запятой); код с дополнением до единицы; с дополнением до двух и код Грея(изменяется не более одного разряда).

Рисунок 2.1 Структурная схема ЦАП и АЦП

2.3 Структура и алгоритм работы цап

ЦАП представляет собой устройство, преобразующее информацию, выводимую с цифровых систем из цифрового вида в аналоговые уровни или другие параметры аналоговых сигналов. ЦАП сопрягает цифровую систему с датчиками, измерительными приборами, управляющими или исполнительными устройствами сложных многопараметровых объектов управления или систем сбора и обработки информации.

К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько

разновидностей ЦАП, но в основе работы каждого из них заложен принцип

суммирования токов с разрядных генераторов тока с весовыми коэффициентами, пропорциональными цифровому коду, поступающему на вход ЦАП.

Значительное распространение получили ЦАП, построенные с последо-

вательно-параллельной цепочкой резисторов R-2R (рисунок 3.3.1).

Рисунок 2.2 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой

резисторов R-2R

В любом из узлов цепочки выходное сопротивление равно R. Например, в узле (1) выходное сопротивление определяется параллельным сопротивлением 2х резисторов с номиналами 2R, т.е. равно R. В узле (2) выходное сопротивление также будет равно значению R, т.к.

[ (2R||2R) + R] ||2R = R

Это свойство цепочки R-2R позволяет задавать разрядные токи на входе

суммирующего усилителя в масштабе, пропорциональном значению R и значению цифрового кода. Действительно, если использовать электронные ключи Кл^N на два положения, которые позволяют подключать резисторы 2R каждого узла (разряда) или к общей шине или к опорному напряжению U_оп, то в случае кода 100...000, когда включен ключ Кл^N старшего разряда, а остальные ключи находятся в положении "общая шина", ток на входе будет равен:

IN= U_оп/2R,

UN = (U_оп /2R) R = U_оп / 2.

Для кода 010...000 будет работать только ключ Кл^(N-1) и задавать ток:

IN-1= U_оп / 4R,

UN – 1 = (U_оп / 4R) R = U_оп /4.

Младший значащий разряд определяется кодом 000...001, который задает соответствующие ток и напряжение:

I 1= Uоп / 2N-1R,

U1= Uоп / 2N.

Таким образом, для любой из 2N кодовых комбинаций можно найти входной ток суммирующего усилителя и выходное напряжение по формуле:

IВХ= А Uоп /2N R,

UВЫХ= А Uоп /2N,

где: А - входной код ЦАП.

Преимуществом применения в ЦАП цепочки R-2R можно отметить легко поддающуюся точную подгонку номиналов резисторов, т.к. номиналы отличаются только в 2 раза. Однако, в ЦАП, построенных с применением цепочки R-2R, требуется в два раза больше резисторов и необходимы ключи на два положения, что также усложняет технологию производства этих ЦАП.

К основным параметрам ЦАП относятся:

1) разрешающая способность - число уровней квантования выходного сигнала (число двоичных разрядов входного кода).

2) интегральная нелинейность - отражает степень отклонения характеристики преобразования от идеальной характеристики (в частности от прямой линии).

3) время установления - время, требуемое для установления выходного сигнала ЦАП в пределах ± 1/2 МЗР для заданного изменения входного кода, например, при его изменении от нуля до полного значения шкалы.