Микроэлектронные АЦП и ЦАП. Часть 3.

Преобразователи, в которых входной сигнал уравновешивается либо суммой эталонов, либо набором из n эталонов с весами, пропорциональными степени двойки, называются АЦП последовательного действия. К ним относятся преобразователи с накоплением, с промежуточным и без промежуточного преобразования. По принципу беспромежуточного преобразования работают АЦП типа «напряжение — частота». При этом частота следования импульсов пропорциональна значению входного сигнала. Промежуточное преобразование в АЦП обычно выполняется с использованием временного интервала или частоты. Временной интервал ставится в соответствие входному сигналу, а затем заполняется последовательностью импульсов стабильной частоты, которые затем подсчитываются. При использовании частоты в качестве промежуточного преобразования входному сигналу ставится в соответствие частота следования импульсов, которые подсчитываются на определенном временном интервале. Импульсы вырабатывает генератор плавающей частоты.

Цифро-аналоговые преобразователи выполняют функции преобразования цифрового сигнала в соответствующий ему аналоговый сигнал несколькими способами. В зависимости от формы представления аналогового сигнала они называются преобразователями, работающими по принципу суммирования токов, напряжений или сопротивлений. Цифро-аналоговое преобразование — это представление результатов вычислений СВМ к виду, удобному для последующего их использования в качестве сигналов управления, иными словами, это формирование аппроксимирующего сигнала по входной последовательности.

Микроэлектронные ЦАП работают по одному из двух принципов: с прямым или промежуточным преобразованием. ЦАП с прямым преобразованием в зависимости от выбранного алгоритма преобразования делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Наиболее часто используются ЦАП параллельного действия, как обладающие большим быстродействием. ЦАП с промежуточным преобразованием преобразует вначале код входной величины в некоторую промежуточную величину, представленную, например, длительностью или частотой следования импульсов, которые затем преобразуются в управляющий сигнал.

При разработке АЦП и ЦАП пользуются понятиями параметров преобразователей, которые определяют основные характеристики преобразователей — точность и скорость преобразования. Обычно указывают три таких параметра, хотя есть и другие, отражающие особенности построения и функционирования АЦП и ЦАП:

  • разрешающая способность;
  • нелинейность;
  • время установления для ЦАП и время преобразования для АЦП.

Разрешающая способность определяется числом разрядов. Для АЦП — это число разрядов n выхода преобразователя, а следовательно, и число ступеней выходного сигнала. Для ЦАП — это число разрядов входного цифрового сигнала. В общем случае число разрядов определяется двоичным логарифмом максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП или выходе АЦП.

Для двоичных преобразователей

Разрешающая способность двоичных преобразователей

где Lmax и Lmin — соответственно максимальное и минимальное значения преобразуемой величины; ΔL — допустимая ошибка преобразования.