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 КлN на два положения, которые позволяют подключать резисторы 2R каждого узла (разряда) или к общей шине или к опорному напряжению Uоп, то в случае кода 100...000, когда включен ключ КлN старшего разряда, а остальные ключи находятся в положении "общая шина", ток на входе будет равен: IN= Uоп/2R, UN = (Uоп /2R) R = Uоп / 2. Для кода 010...000 будет работать только ключ Кл(N-1) и задавать ток: IN-1= Uоп / 4R, UN – 1 = (Uоп / 4R) R = Uоп /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.
|
