загрузка...
загрузка...
На головну

Цифроаналоговими І аналогово-цифрові ПЕРЕТВОРЮВАЧІ (ЦАП І АЦП).

  1. Питання. Гідравлічні об'ємні перетворювачі, призначення, принцип дії, схеми перетворювачів.
  2. двотактні перетворювачі
  3. Інвертори, перетворювачі напруги І ЧАСТОТИ
  4. однотактний перетворювачі
  5. Перетворювачі координат і фаз
  6. Перетворювачі напруги.
  7. Властивості і характеристики автоматів. Автомати розпізнавачі і перетворювачі.

Тенденцією розвитку сучасної електроніки є все більше застосування цифрових методів обробки інформації за допомогою мікропроцесорів (МП) і мікроконтролерів (МК). Інформація, що знімається з аналогових датчиків, для введення в МП повинна бути оцифрована за допомогою АЦП. Інформація, що виводиться цифрова інформація для впливу на виконавчі пристрої повинна бути назад перетворена в аналогову і для цього використовуються ЦАП.

ЦАП. Принципи побудови ЦАП.Більшість схем ЦАП засновано на підсумовуванні струмів, сила кожного з яких пропорційно вазі цифрового розряду, причому підсумовуватися повинні струми розрядів, на входах яких варто «1». Для побудови ЦАП можуть бути застосовані 2 схеми:

· Засновані на двійковій-зважених резисторах на вході операційного підсилювача (ОУ);

· Засновані на матриці резисторів R-2R.

 ЦАП з зваженими резисторами.Базовим елементом для побудови ЦАП цього типу є суммирующий ОУ (рисунок 10.1). Для простоти на малюнку представлена ??схема тільки з чотирма розрядами ( «0» - молодший розряд, «3» -старший розряд), насправді є 8-, 12-, 16- і 24- розрядні ЦАП. Номінали резисторів кожного двійкового розряду відрізняються в два рази: R1= R; R2= 2R; R3= 4R; R4= 8R.

Мал. 10.1. ЦАП з зваженими резисторами

З цифрових входів інформація ( «0» або «1») подається на бази ключів. Якщо на вході «1», то транзисторний ключ відкритий і через відкритий транзистор в підсумовує точку від Uоп надходить струм, причому струм розряду в 2 рази вище, ніж струм попереднього, нижчого розряду; якщо ж на вході «0» - транзистор закритий, струм не протікає.

Таким чином, для перетворення двійкового коду в аналоговий сигнал в схемі формуються струми, пропорційні вазі розряду і існують тільки ті з струмів, які відповідають ненульовим розрядам.

Величина вихідної напруги дорівнює (якщо на входах всюди «1»):

Uвих= -Uоп ( + + +  ). У загальному випадку

Uвих= -Uоп  , де n- Номер розряду; А -цифровий код на вході.

Резистори повинні бути дуже точні, особливо старшого розряду, а отримати стільки точних резисторів різних номіналів (особливо в інтегральному виконанні) дорого.

ЦАП з ланцюжком R-2R. У данномваріанте є резистори тільки двох номіналів R і 2R (Рисунок 10.2). Тут необхідне застосування ключів на два напрямки. Робота схеми заснована на тому, що будь-яка частина цепочечной схеми R-2R має вихідний опір, рівне R.

Опорна напруга, підключений ключем старшого розряду, створить ток Uоп/2R, Струм наступного розряду дорівнює Uоп/4R т.д.

Iвх = + + +  (Якщо на вході все одиниці);

Uвих = -  A, де А-преобразуемое двійковечисло.

 МЗР
 Мал. 10.2. ЦАП з ланцюжком R-2R

АЦП.АЦП перетворює аналоговий вхідний напруга в пропорційний йому цифровий код. Основні параметри, за якими можна класифікувати АЦП, - це швидкодія і точність. Як правило, упор робиться або на швидкодію, або на точність. Наприклад, АЦП, побудовані за методом двотактного інтегрування, є дуже точними, але мають низьку швидкодію. АЦП з паралельним перетворенням дуже швидкодіючі, але мають середню точність. АЦП, вбудовані в МК, як правило, мають середню швидкодію і середню точність.

Розглянемо кілька типів АЦП. Найбільш швидкодіючі, що використовують паралельний метод; найточніші, що використовують метод подвійного інтегрування, і середні за швидкодією, що використовують метод послідовного наближення.

Паралельні АЦП.Паралельні АЦП здійснюють паралельне квантування сигналу за допомогою набору компараторів, підключених паралельно вхідному сигналу, - по одному компаратору на кожен дискретний рівень вхідного сигналу (рис 10.3). На цьому малюнку показаний 3-х розрядний АЦП, що має вісім дискретних рівнів, включаючи нуль, отже потрібно сім компараторів.

У будь-який момент часу тільки компаратори, відповідні рівням, нижче рівня вхідного сигналу, видадуть на своєму виході сигнал перевищення ( «1»). Сигнали з усіх компараторов надходять на шифратор, який видає цифровий код, що залежить від того, скільки і які компаратори показали перевищення.

Паралельні АЦП (рисунок 10.3) дуже швидкі (час перетворення порядку наносекунд), але зазвичай мають дозвіл не більше 8 біт (256 компараторів). АЦП цього типу мають дуже великий розмір кристала мікросхеми, високу вхідну ємність.

Мал. 10.3 Схема паралельного АЦП

Наприклад, восьмизарядний перетворювач типу МАХ104 дозволяє отримати 1 млрд відліків в секунду при часу затримки проходження сигналу не більше 1,2 нс. Недоліком цієї схеми є висока складність. дійсно, Nрозрядний паралельний АЦП містить 2N-1 Компараторів і 2N узгоджених резисторів. Наслідком цього є висока вартість (сотні доларів США) і значна споживана потужність. Той же МАХ104, наприклад, споживає близько 4 Вт.

АЦП за методом послідовного наближення(Рисунок 10.4) побудований на базі ОУ, який працює як компаратор. Є також допоміжний ЦАП і регістр послідовного наближення. АЦП перетворює аналоговий сигнал в цифровий за n кроків, де n- Розрядність АЦП. На кожному кроці визначається по одному біту шуканого цифрового значення, починаючи від старшого значущого розряду (СЗР) і закінчуючи молодшим (МЗР) ..

 
 
 компаратор


 Регістр послідовно-ник-ного прибл-вання
 Рис.10.4. АЦП послідовного наближення

Послідовність дій по визначенню чергового біта полягає в наступному. На допоміжному ЦАП виставляється аналогове значення, утворене з бітів, вже визначених на попередніх етапах; біт, який повинен бути визначений на цьому кроці, виставляється в 1, а більш молодші біти встановлюється в 0. Отримане на допоміжному ЦАП значення порівнюється з вхідним аналоговим значенням.

Якщо значення вхідного сигналу більше значення на допоміжному ЦАП, то визначається біт отримує значення 1, в іншому випадку - 0. АЦП цього типу володіють одночасно високою швидкістю і хорошим дозволом.

Час перетворення одно:

tпр =  , де fтг - Частота тактового генератора.

якщо fтг = 1 МГц; n= 8, то tпр= ; fдіскр  , де fдіскр - частота дискретизації.

Метод має середню швидкодію, при порівнянні невеликих апаратних витратах, широко застосовується у вбудованих в МК АЦП. Прикладом АЦП послідовного наближення є 1108ПВ2 з часом перетворення 2 мкс.

АЦП з двотактним інтегруваннямпредставлений на

малюнку 10.4.

 Рис 10.5. Спрощена схема АЦП двотактного інтегрування

Перетворення здійснюється в дві стадії. На першій стадії (час t1) ключ S1 замкнутий, S2 розімкнути, здійснюється інтегрування вхідної напруги. напруга Uі досягає певного значення, пропорційного Uвх.

На другій стадії S1 розмикається і замикається S2. Починається інтеграція напруги Uоп , При цьому лічильник підключається до виходу тактового генератора. Стадія рахунку закінчується, коли Uі стає рівним нулю. Цифровий код в виходу лічильника подається в вихідний регістр.

Пораховані кількість тактових імпульсів і буде вихідним кодом АЦП. При цьому похибки перетворення першої та другої стадій взаємно компенсуються.Типова розрядність АЦП цього типу становить від 10 до 18 двійкових розрядів. Недоліком даного типу АЦП є низька швидкість перетворення.

. приклад АЦП з двотактним інтегруванням: вітчизняний АЦП КР572ПВ5, виконує функцію АЦП з автоматичною корекцією нуля і визначенням полярності вхідного сигналу. Час перетворення - 320 мкс.

 Мал. 10.6. Тимчасові діаграми АЦП двотактного інтегрування

Параметри АЦП і ЦАП. Параметри можна розділити на статичні і динамічні.



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   Наступна

ІМПУЛЬСНІ СХЕМИ НА ОУ | компаратори | Генератори імпульсів на ОУ | ЛІНІЙНІ СТАБІЛІЗАТОРИ напруги | Цифрові ПРИСТРОЇ. ЛОГІЧНІ ІС | ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ КМОП | Електронні вузли на логічних елементах. Тригери. |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати