Thực đơn
trang chủMạng xã hội

Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số cho người mới bắt đầu. DAC hoạt động như thế nào?

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có các đặc tính tĩnh và động.

Đặc tính tĩnh của DAC

Chủ yếu đặc tính tĩnh DAC là:

· nghị quyết;

· tính phi tuyến;

· phi tuyến vi phân;

· sự đơn điệu;

· hệ số chuyển đổi;

· sai số tuyệt đối toàn thang đo;

· sai số toàn thang tương đối;

· độ lệch bằng không;

lỗi tuyệt đối

Nghị quyết – đây là mức tăng của U OUT khi chuyển đổi các giá trị liền kề Dj, tức là. khác nhau một đơn vị có ý nghĩa nhỏ nhất (EMP). Sự gia tăng này là bước lượng tử hóa. Đối với mã chuyển đổi nhị phân, giá trị danh nghĩa của bước lượng tử hóa là

h = U PS /(2 N – 1),

trong đó U PN là điện áp đầu ra tối đa danh nghĩa của DAC (điện áp toàn thang đo), N là công suất bit của DAC. Độ sâu bit của bộ chuyển đổi càng cao thì độ phân giải của nó càng cao.

Lỗi toàn diện – sự khác biệt tương đối giữa giá trị thực và giá trị lý tưởng của giới hạn thang chuyển đổi trong trường hợp không có độ lệch bằng 0, tức là

Nó là thành phần nhân của tổng sai số. Đôi khi được biểu thị bằng số EMP tương ứng.

Lỗi bù bằng 0 – giá trị U OUT khi mã đầu vào DAC bằng 0. Nó là một thành phần phụ của tổng sai số. Thường được biểu thị bằng milivolt hoặc dưới dạng phần trăm của thang đo đầy đủ:

Tính phi tuyến – độ lệch tối đa của đặc tính chuyển đổi thực tế U OUT (D) so với đặc tính tối ưu (Hình 5.2, dòng 2). Đặc tính tối ưu được tìm thấy theo kinh nghiệm để giảm thiểu giá trị của sai số phi tuyến. Tính phi tuyến thường được xác định theo đơn vị tương đối, nhưng trong dữ liệu tham chiếu nó cũng được đưa ra trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 5.2,

Phi tuyến vi sai – sự thay đổi lớn nhất (có tính đến dấu) của độ lệch của đặc tính biến đổi thực tế U OUT (D) so với đặc tính tối ưu khi chuyển từ một giá trị của mã đầu vào sang một giá trị liền kề khác. Thường được xác định theo đơn vị tương đối hoặc trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 5.2,

Giọng bằng bằng đặc tính chuyển đổi - tăng (giảm) điện áp đầu ra DAC (U OUT) khi tăng (giảm) mã đầu vào D. Nếu độ phi tuyến vi phân lớn hơn bước lượng tử hóa tương đối h/U PN thì đặc tính của bộ chuyển đổi là không đơn điệu.

Sự không ổn định nhiệt độ của DAC được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ lỗi toàn thang đo và lỗi bù bằng 0.

Có thể sửa lỗi toàn bộ thang đo và lỗi bằng 0 bằng cách hiệu chuẩn (điều chỉnh). Các lỗi phi tuyến không thể được loại bỏ bằng các phương pháp đơn giản.

Đặc tính động của DAC

ĐẾN đặc tính động là DAC bao gồm thời gian giải quyết và thời gian chuyển đổi.

Với sự tăng tuần tự các giá trị của tín hiệu số đầu vào D(t) từ 0 đến (2 N – 1) thông qua đơn vị có ý nghĩa nhỏ nhất, tín hiệu đầu ra U OUT (t) tạo thành một đường cong bậc thang. Sự phụ thuộc này thường được gọi là đặc tính chuyển đổi DAC. Trong trường hợp không có lỗi phần cứng, điểm giữa của các bước nằm trên đường thẳng lý tưởng 1 (xem Hình 5.2), tương ứng với đặc tính chuyển đổi lý tưởng. Đặc tính biến đổi thực tế có thể khác biệt đáng kể so với đặc tính lý tưởng về kích thước và hình dạng của các bước cũng như vị trí của chúng trên mặt phẳng tọa độ. Có một số thông số để định lượng những khác biệt này.

Các tham số động của DAC được xác định bởi sự thay đổi tín hiệu đầu ra khi mã đầu vào thay đổi đột ngột, thường là từ giá trị “tất cả số 0” thành “tất cả số một” (Hình 5.3).

Cài đặt thời gian – khoảng thời gian kể từ thời điểm phản bội
mã đầu vào (Hình 5.3, t = 0) cho đến lần cuối cùng thỏa mãn đẳng thức:

|U OUT – U ПШ | = d/2,

với d/2 thường tương ứng với EMP.

Tốc độ quay - tốc độ thay đổi lớn nhất của U OUT (t) trong quá trình quá độ. Được xác định là tỷ lệ tăng D U OUT đến thời điểm Dt trong đó sự gia tăng này xảy ra. Thường được quy định trong thông số kỹ thuật của DAC với tín hiệu điện áp đầu ra. Đối với bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có đầu ra hiện tại, thông số này phần lớn phụ thuộc vào loại op-amp đầu ra.

Để nhân DAC với đầu ra điện áp, tần số khuếch đại đơn vị và băng thông công suất thường được chỉ định, điều này chủ yếu được xác định bởi các đặc tính của bộ khuếch đại đầu ra.

Hình 5.4 cho thấy hai phương pháp tuyến tính hóa, từ đó phương pháp tuyến tính hóa để thu được giá trị tối thiểu của D l, được hiển thị trong Hình. 5.4, ​​​​b, cho phép giảm sai số D l xuống một nửa so với phương pháp tuyến tính hóa tại các điểm biên (Hình 5.4, a).

Đối với các bộ chuyển đổi số sang tương tự có n chữ số nhị phân, trong trường hợp lý tưởng (trong trường hợp không có lỗi chuyển đổi), đầu ra tương tự U OUT có liên quan đến số nhị phân đầu vào như sau:

U OUT = U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 +…+ a n 2 -n),

trong đó U OP là điện áp tham chiếu của DAC (từ nguồn tích hợp hoặc nguồn bên ngoài).

Vì ∑ 2 -i = 1 – 2 -n nên khi bật tất cả các bit, điện áp đầu ra của DAC bằng:

U OUT (a 1 …a n) = U OP (1 – 2 -n) = (U OP /2 n) (2 n – 1) = D (2 n – 1) = U PS,

trong đó U PN là điện áp toàn thang đo.

Do đó, khi tất cả các bit được bật, điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, trong trường hợp này tạo thành U PN, khác với giá trị của điện áp tham chiếu (U OP) bởi giá trị của chữ số có nghĩa nhỏ nhất của bộ chuyển đổi (D), được định nghĩa là

D = UOP /2n.

Khi bất kỳ bit thứ i nào được bật, điện áp đầu ra của DAC sẽ được xác định từ mối quan hệ:

U OUT /a i = U OP 2 -i .

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chuyển đổi mã nhị phân kỹ thuật số Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 thành giá trị tương tự, thường là điện áp U OUT. hoặc hiện tại I OUT. Mỗi bit của mã nhị phân có trọng số nhất định của bit thứ i gấp đôi trọng lượng của bit thứ (i-1). Hoạt động của DAC có thể được mô tả bằng công thức sau:

U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 +…),

trong đó e là điện áp tương ứng với trọng số của chữ số có nghĩa nhỏ nhất, Q i là giá trị chữ số thứ i của mã nhị phân (0 hoặc 1).

Ví dụ: số 1001 tương ứng với:

U OUT = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,

và số 1100 tương ứng

U OUT = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · đ.

Đôi khi có vẻ như thế giới kỹ thuật số gần như hòa nhập hoàn toàn với thế giới thực. Nhưng bất chấp sự xuất hiện của các hệ thống như “gigaFLOPS”, “22 nm” và nhiều hệ thống khác, thế giới thực vẫn cố chấp tương tự chứ không phải kỹ thuật số, và chúng ta vẫn phải làm việc với các hệ thống kỹ thuật số của mình, hiện diện ở hầu hết mọi nơi trong thế giới hiện đại. .

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự DAC chuyển đổi tín hiệu đầu vào kỹ thuật số thành tín hiệu đầu ra tương tự. Định nghĩa về "độ chính xác" có thể khác nhau (tùy thuộc vào nhà sản xuất), nhưng chúng tôi sẽ mô tả các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự với độ phân giải từ 8 đến 16 bit và tốc độ lên tới 10 MSa/s. Các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) này được sử dụng trong nhiều hệ thống khác nhau - thiết bị âm thanh và video, điều khiển bộ xử lý, thiết bị đo đạc, hệ thống tự động hóa, hệ thống truyền động điện và nhiều hệ thống khác. Mỗi hệ thống riêng lẻ có các yêu cầu riêng đối với DAC, chẳng hạn như độ phân giải, đặc tính tĩnh và động, mức tiêu thụ điện năng, v.v.

Các tham số và mô tả kỹ thuật chỉ định sai số bù, độ phi tuyến tính vi phân (DNL), độ phi tuyến tính tích phân (INL) và các tham số cần thiết khác để đảm bảo hiệu suất tốt trong hệ thống DC, chẳng hạn như truyền động điện hoặc điều khiển quá trình.

Một số ứng dụng, chẳng hạn như tạo tín hiệu hiển thị, nhấn mạnh đến nhu cầu về hiệu suất AC tốt, được chỉ định trong biểu dữ liệu về thời gian trễ, tiếng ồn và băng thông. Việc tự chế tạo thiết bị bằng DAC khó hơn nhiều so với việc chọn bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự từ danh mục, vì ngoài DAC, hệ thống sẽ bao gồm nhiều linh kiện điện tử hơn, ảnh hưởng của chúng cũng cần được tính đến. tài khoản. Dưới đây chúng tôi sẽ cố gắng xem xét điều này.
Nội dung:

Ba kiến ​​trúc cơ bản cho DAC chính xác

Khi chọn độ chính xác của bộ chuyển đổi D/A cho hệ thống của bạn, điều quan trọng là thông số kỹ thuật của DAC phải phù hợp với yêu cầu của hệ thống. So với vô số kiến ​​trúc bộ chuyển đổi ADC A/D, việc chọn bộ chuyển đổi D/A có vẻ như là một nhiệm vụ dễ dàng vì chỉ có ba kiến ​​trúc DAC chính. Nhưng đây có vẻ chỉ là một nhiệm vụ dễ dàng vì sự khác biệt về hiệu suất của từng kiến ​​trúc là khá đáng kể.

DAC sử dụng ba kiến ​​trúc chính - chuỗi (nối tiếp), R-2R, DAC nhân (MDAC).

Bộ chuyển đổi chuỗi kỹ thuật số sang tương tự

Khái niệm đằng sau bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chuỗi đến từ Lord Kelvin từ giữa những năm 1800:

Bộ giải mã đầu vào có một số công tắc, một công tắc cho mỗi tổ hợp bit. Mỗi đầu vào kỹ thuật số được kết nối với bộ khuếch đại điện áp đầu ra tương ứng.

DAC N bit bao gồm một chuỗi gồm 2 điện trở N phù hợp, cũng như nguồn điện áp ở một đầu và nối đất ở đầu kia. Một DAC ba bit (hình trên) yêu cầu tám điện trở và bảy công tắc, nhưng những con số này tăng lên rất nhiều khi độ sâu bit ngày càng tăng và đối với DAC 16 bit, bạn đã cần 65536 điện trở!!! Con số này là rất lớn, ngay cả đối với các hệ thống hiện đại. Để giảm số lượng điện trở, người ta sử dụng các bộ khuếch đại nội suy và các vòi cho từng điện trở riêng lẻ.

Bộ chuyển đổi từ kỹ thuật số sang tương tự chuỗi hoặc nối tiếp khá phù hợp cho hầu hết các ứng dụng chính xác như điều khiển chuyển động, hệ thống điều khiển tự động (trong động cơ servo và điều khiển truyền động điện).

Điện áp đầu ra của DAC chuỗi ban đầu là đơn điệu với độ phi tuyến tính vi sai (DNL) tốt, nhưng độ phi tuyến tính tích phân (INL) của nó không tốt lắm, vì nó phụ thuộc trực tiếp vào sai số điện trở. Từ góc độ hệ thống AC, DAC chuỗi thể hiện hiệu suất thấp hơn so với các kiến ​​trúc khác vì chúng có mức nhiễu tương đối cao do trở kháng điện trở cao và cấu trúc chuyển mạch khiến quá trình xử lý tín hiệu chậm lại trong quá trình chuyển đổi, hạn chế tốc độ cập nhật.

Kiến trúc R-2R

Kiến trúc này là phổ biến nhất trong số các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và sơ đồ của nó được hiển thị bên dưới:

Kiến trúc này chỉ sử dụng các điện trở có hai điện trở khác nhau, tỷ lệ giữa chúng được xác định là 2 trên 1.

Khi một bit cụ thể được đặt, điện trở 2R tương ứng được chuyển sang vị trí V REF - H, nếu không thì nó được đặt ở vị trí V REF - L (mặt đất). Kết quả là chúng ta thu được điện áp đầu ra sẽ bằng tổng của tất cả các điện áp thang 2R.

Kiến trúc R-2R rất phù hợp để sử dụng trong các thiết bị và lắp đặt công nghiệp. Chúng chính xác hơn bộ chuyển đổi D/A chuỗi, có mức nhiễu thấp hơn do có ít điện trở hơn và có hiệu suất INL và DNL tốt hơn.

Chuyển đổi tín hiệu trong bộ chuyển đổi có kiến ​​trúc R-2R bao gồm việc chuyển đổi chân 2R giữa V REF - H và V REF - L. Các điện trở bên trong và công tắc bên trong thiết bị không thẳng hàng hoàn hảo, điều này có thể dẫn đến một số trục trặc nhất định trong quá trình chuyển mạch.

Nhân bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự MDAC

Bộ chuyển đổi nhân MDAC cũng sử dụng kiến ​​trúc R-2R, nhưng có điện áp tham chiếu là V REF. Sơ đồ dưới đây:

Khi bit được đặt, điện trở 2R tương ứng được kết nối với mặt đất ảo - op-amp tổng hợp. Đó là lý do tại sao bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự nhân tạo ra không phải điện áp mà là dòng điện, trong khi điện áp tham chiếu V REF có thể vượt quá giá trị danh định hoặc hoàn toàn âm.

Nguồn V REF “thấy” điện trở không đổi bằng R trong MDAC, do đó, nó luôn có dòng điện đầu ra không đổi, giúp cải thiện hiệu suất trong quá trình chuyển đổi nhanh, vì không cần phải đợi cho đến khi giá trị điện áp tham chiếu được khôi phục. Tùy thuộc vào mã kỹ thuật số, dòng điện được chia thành tiếp điểm đầu ra và tiếp điểm mặt đất. Điều này có nghĩa là trở kháng đầu ra sẽ khác, khiến việc chọn op amp bên ngoài hơi khó khăn.

Để cải thiện hiệu suất đầu ra, MDAC bao gồm một điện trở bên trong làm phản hồi, với phản hồi nhiệt gần tương ứng với điện trở bên trong của sân khấu. Nhiễu bên trong từ bộ chuyển đổi số sang tương tự nhân lên xuất phát từ cả điện trở giai đoạn và điện trở phản hồi. Vì trở kháng đầu ra phụ thuộc vào mã nên mức tăng nhiễu cũng phụ thuộc vào nó, mặc dù mức nhiễu của MDAC thấp hơn nhiều so với DAC nối tiếp (chuỗi). Điều đáng chú ý là op amp bên ngoài có thể có độ ồn thấp.

Một nhược điểm là tín hiệu đầu vào nghịch đảo với tín hiệu đầu ra, do đó cần phải thực hiện thêm thao tác đảo ngược.

Hiểu các thông số hiệu suất AC

Để có được hiệu suất tối đa từ bộ chuyển đổi AC D/A, bạn cần hiểu một số điểm phức tạp nhất định cũng như các bước có thể thực hiện để tối ưu hóa nó.

Thời gian cần thiết để op-amp đạt được giá trị cuối cùng là một trong những chỉ số chính về chất lượng DAC. Thời gian đáp ứng của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự được hiển thị bên dưới:

  • Thời gian chết ( Thời gian chết): đây là thời gian cần thiết để đạt được 10% giá trị yêu cầu của tín hiệu đầu ra analog, tính từ thời điểm mã số đến bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự;
  • Thời gian tăng đầu ra ( thời gian xoay): thời gian cần thiết để tín hiệu đầu ra analog tăng từ 10% lên 90%;
  • Thời gian phục hồi và giải quyết( Thời gian hồi phục thời gian giải quyết tuyến tính): vượt mức và thiết lập tín hiệu tương tự có hình dạng nhất định;

Khi tín hiệu đầu ra analog nằm trong phạm vi lỗi có thể chấp nhận được, quá trình sẽ hoàn tất, ngay cả khi tín hiệu vẫn dao động nhưng nằm trong phạm vi lỗi có thể chấp nhận được.

Dưới đây là phản hồi nhất thời của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự R-2R DAC988 18 bit, một kênh thực tế:

Thời gian xử lý tín hiệu được đo từ thời điểm tín hiệu LDAC xuống thấp, sau đó quá trình chuyển tiếp của hệ thống bắt đầu. Xin lưu ý rằng quá trình suy giảm tín hiệu là lâu nhất, quá trình phục hồi lâu dài và ảnh hưởng không đáng kể của tín hiệu tĩnh lên nó.

Lỗi chuyển đổi

Sự thay đổi lý tưởng trong tín hiệu đầu ra DAC là tăng hoặc giảm đơn điệu, nhưng trên thực tế không phải như vậy và sự thay đổi tín hiệu xảy ra đột ngột. Không giống như thời gian ổn định, lỗi chuyển mạch là do chuyển mạch bên trong không khớp (yếu tố chi phối) hoặc do ghép điện dung giữa tín hiệu đầu vào kỹ thuật số và đầu ra analog:

Sai số được đặc trưng bởi diện tích dưới xung sai dương và âm và được đo bằng vôn-giây (thường tính bằng µV∙s hoặc nV∙s).

Khi số lượng công tắc song song tăng lên thì sai số cũng tăng lên. Đây là một trong những nhược điểm của kiến ​​trúc R-2R. Lỗi trong kiến ​​trúc R-2R dễ nhận thấy nhất khi thay đổi tất cả các bit hoặc khi chuyển đổi các bit quan trọng nhất, khi chuyển từ 0x7FFF sang 0x8000 (đối với DAC 16 bit).

Nếu không thể giảm số lượng điện trở nối tiếp chuyển mạch thì chúng được sử dụng ở đầu ra của bộ chuyển đổi, các mạch như sau:

Hình a) hiển thị bộ lọc RC đơn giản nhất, được cài đặt ở đầu ra và cho phép bạn giảm một chút mức biên độ của lỗi đầu ra, nhưng do đó nó làm chậm tốc độ tăng của tín hiệu, do đó làm tăng thời gian trễ. Hình b) hiển thị một tùy chọn với việc thêm mẫu và giữ mạch. Có, điều này cho phép bạn giảm lỗi xuống gần như bằng 0, nhưng việc thực hiện sơ đồ như vậy là cực kỳ khó khăn, vì nó đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian phản hồi, cũng như đồng bộ hóa nghiêm ngặt với tốc độ làm mới DAC.

Nguồn tiếng ồn

Nhiễu là một trong những thành phần hiệu suất quan trọng nhất của bộ chuyển đổi AC D/A hiện đại. Có ba nguồn nhiễu chính - mạng điện trở bên trong, bộ khuếch đại bên trong và bên ngoài và nguồn điện áp tham chiếu. Ảnh hưởng của điện trở bên trong đến nhiễu bộ chuyển đổi đã được thảo luận trước đó trong bài viết này, vì vậy chúng ta hãy xem xét hai nguồn nhiễu còn lại.

Tiếng ồn op amp bên ngoài

Đầu ra bộ khuếch đại DAC là một nguồn gây nhiễu khác. MDAC sử dụng op-amp bên ngoài, nhưng các kiến ​​trúc khác sử dụng op-amp bên trong, điều này ảnh hưởng đến hệ số nhiễu tổng thể đầu ra.

Nhiễu trong mạch op-amp có ba thành phần chính:

  • tiếng ồn 1/f hoặc tiếng ồn nhấp nháy;
  • nhiễu điện áp băng thông rộng hoặc nhiễu trắng;
  • Nhiễu điện áp và dòng điện trên điện trở;

Hai đặc tính đầu tiên được coi là thuộc tính bên trong của chính op amp và băng thông bị giới hạn bởi chính bộ chuyển đổi D/A, giúp giảm đáng kể tác động của nhiễu băng rộng. Để có hiệu suất AC tốt nhất, hãy tìm các op-amp có độ ồn 1/f thấp.

Nhiễu từ điện áp tham chiếu bên ngoài V REF

Nhiễu đầu ra của DAC phụ thuộc trực tiếp vào nhiễu ở điện áp tham chiếu, có thể là nhiễu bên ngoài hoặc bên trong. Để đảm bảo hiệu suất tối đa và độ ồn tối thiểu, cần sử dụng nguồn điện áp tham chiếu chất lượng cao. Có rất nhiều lựa chọn về tham chiếu điện áp từ một số nhà sản xuất.

Phần kết luận

Để có được hiệu suất AC tối đa từ một DAC chính xác là sự kết hợp của việc hiểu rõ các thông số kỹ thuật, chọn cấu trúc phù hợp và bổ sung các thành phần bên ngoài phù hợp, và tất nhiên là tuân theo các kỹ thuật đã được chứng minh để chọn và định cỡ các linh kiện điện tử.

Bài giảng số 3

"Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số và kỹ thuật số sang tương tự."

Trong các hệ thống vi xử lý, vai trò của phần tử xung được thực hiện bởi bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và vai trò của bộ ngoại suy được thực hiện bởi bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC).

Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số bao gồm việc chuyển đổi thông tin chứa trong tín hiệu tương tự thành mã số . Chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tựđược thiết kế để thực hiện nhiệm vụ nghịch đảo, tức là chuyển đổi một số được biểu diễn dưới dạng mã kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự tương đương.

Theo quy định, ADC được cài đặt trong các mạch phản hồi của hệ thống điều khiển kỹ thuật số để chuyển đổi tín hiệu phản hồi tương tự thành mã được phần kỹ thuật số của hệ thống cảm nhận. Cái đó. ADC thực hiện một số chức năng, chẳng hạn như: lấy mẫu thời gian, lượng tử hóa mức độ, mã hóa. Sơ đồ khối tổng quát của ADC được thể hiện trên hình 3.1.


Tín hiệu ở dạng dòng điện hoặc điện áp được cung cấp cho đầu vào của ADC, tín hiệu này được lượng tử hóa theo mức trong quá trình chuyển đổi. Đặc tính tĩnh lý tưởng của ADC 3 bit được thể hiện trong hình 3.2.


Tín hiệu đầu vào có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong phạm vi từ – Umax đến Umax và các đầu ra tương ứng với tám (2 3) mức riêng biệt. Giá trị của điện áp đầu vào tại đó xảy ra sự chuyển đổi từ một giá trị của mã đầu ra ADC sang giá trị lân cận khác được gọi là điện áp chuyển tiếp mã hóa. Sự khác biệt giữa hai giá trị liền kề của chuyển đổi mã hóa được gọi là bước lượng tử hóa hoặc Đơn vị bit có ý nghĩa nhỏ nhất (LSB).Điểm khởi đầu của các đặc điểm chuyển đổi là điểm được xác định bởi giá trị của tín hiệu đầu vào, được xác định là

(3.1),

trong đó U 0,1 – điện áp của quá trình chuyển đổi mã hóa đầu tiên, U LSB – bước lượng tử hóa ( LSB - Bit ít quan trọng nhất ). chuyển đổi tương ứng với điện áp đầu vào được xác định bởi mối quan hệ

(3.2).

Dải điện áp đầu vào ADC được giới hạn ở U 0,1 và U N-1,N gọi điện dải điện áp đầu vào.

(3.3).

Dải điện áp đầu vào và giá trị LSB N -bit ADC và DAC được kết nối theo tỷ lệ

(3.4).

Vôn

(3.5)

gọi điện điện áp quy mô đầy đủ ( FSR – Phạm vi toàn thang ). Thông thường, tham số này được xác định bởi mức đầu ra của nguồn điện áp tham chiếu được kết nối với ADC. Kích thước của bước lượng tử hóa hoặc đơn vị của chữ số có nghĩa nhỏ nhất, tức là tương đương với

(3.6),

và giá trị đơn vị của chữ số có nghĩa nhất

(3.7).

Như có thể thấy trong Hình 3.2, trong quá trình chuyển đổi xảy ra lỗi không vượt quá một nửa giá trị của bit có trọng số nhỏ nhất U LSB /2.

Có nhiều phương pháp chuyển đổi tương tự sang số khác nhau, khác nhau về độ chính xác và tốc độ. Trong hầu hết các trường hợp, những đặc điểm này đối lập nhau. Hiện nay, các loại bộ chuyển đổi như ADC xấp xỉ liên tiếp (cân bằng bit), ADC tích hợp, song song ( Tốc biến ) ADC, ADC “sigma-delta”, v.v.

Sơ đồ khối của ADC xấp xỉ liên tiếp được thể hiện trên hình 3.3.



Các thành phần chính của thiết bị là bộ so sánh (K), bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) và mạch điều khiển logic. Nguyên tắc chuyển đổi dựa trên sự so sánh tuần tự giữa mức tín hiệu đầu vào với các mức tín hiệu tương ứng với các kết hợp khác nhau của mã đầu ra và việc hình thành mã kết quả dựa trên kết quả so sánh. Thứ tự của các mã so sánh thỏa mãn quy tắc một nửa. Khi bắt đầu chuyển đổi, mã đầu vào DAC được đặt ở trạng thái trong đó tất cả các bit ngoại trừ bit quan trọng nhất là 0 và bit quan trọng nhất là 1. Với sự kết hợp này, điện áp bằng một nửa dải điện áp đầu vào được tạo ra tại đầu ra DAC. Điện áp này được so sánh với điện áp đầu vào của bộ so sánh. Nếu tín hiệu đầu vào lớn hơn tín hiệu đến từ DAC thì bit quan trọng nhất của mã đầu ra được đặt thành 1, nếu không thì nó được đặt lại về 0. Ở chu kỳ xung nhịp tiếp theo, mã được hình thành một phần theo cách này lại được đặt lại nhận được ở đầu vào của DAC, bit tiếp theo được đặt thành 1 và quá trình so sánh lặp lại. Quá trình tiếp tục cho đến khi bit có ý nghĩa nhỏ nhất được so sánh. Cái đó. hình thành N -bit mã đầu ra yêu cầu N chu kỳ so sánh cơ bản giống hệt nhau. Điều này có nghĩa là, nếu các yếu tố khác không đổi, hiệu suất của ADC như vậy sẽ giảm khi tăng dung lượng bit của nó. Các phần tử bên trong của ADC xấp xỉ liên tiếp (DAC và bộ so sánh) phải có độ chính xác cao hơn một nửa bit có ý nghĩa nhỏ nhất của ADC.

Sơ đồ khối song song ( Tốc biến ) ADC được thể hiện ở hình 3.4.



Trong trường hợp này, điện áp đầu vào được cung cấp để so sánh ngay với các đầu vào cùng tên N -1 bộ so sánh. Đầu vào ngược lại của bộ so sánh được cung cấp tín hiệu từ bộ chia điện áp có độ chính xác cao, được kết nối với nguồn điện áp tham chiếu. Trong trường hợp này, điện áp từ các đầu ra của bộ chia được phân bổ đều dọc theo toàn bộ phạm vi thay đổi của tín hiệu đầu vào. Bộ mã hóa ưu tiên tạo ra tín hiệu đầu ra kỹ thuật số tương ứng với bộ so sánh cao nhất có tín hiệu đầu ra được kích hoạt. Cái đó. cung cấp N -bit chuyển đổi yêu cầu 2 N điện trở chia và 2 N -1 bộ so sánh. Đây là một trong những phương pháp chuyển đổi nhanh nhất. Tuy nhiên, với dung lượng lớn thì đòi hỏi chi phí phần cứng lớn. Độ chính xác của tất cả các điện trở chia và so sánh lại phải cao hơn một nửa giá trị LSB.

Sơ đồ khối của ADC tích hợp kép được thể hiện trên hình 3.5.


Các thành phần chính của hệ thống là một công tắc tương tự bao gồm các phím SW 1, SW 2, SW 3, bộ tích phân I, bộ so sánh K và bộ đếm C. Quá trình chuyển đổi bao gồm ba giai đoạn (Hình 3.6).


Trong giai đoạn đầu tiên chìa khóa được đóng lại S.W. 1 và các phím còn lại đều mở. Thông qua một chìa khóa đóng S.W. 1, điện áp đầu vào được đưa vào bộ tích hợp, bộ tích hợp này sẽ tích hợp tín hiệu đầu vào trong một khoảng thời gian cố định. Sau khoảng thời gian này, mức tín hiệu đầu ra của bộ tích hợp tỷ lệ thuận với giá trị của tín hiệu đầu vào. Ở giai đoạn chuyển đổi thứ hai, chìa khóa S.W. 1 mở và chìa khóa S.W. 2 đóng lại và tín hiệu từ nguồn điện áp tham chiếu được cung cấp cho đầu vào bộ tích hợp. Tụ điện tích hợp được phóng điện từ điện áp tích lũy trong khoảng thời gian chuyển đổi đầu tiên với tốc độ không đổi tỷ lệ với điện áp tham chiếu. Giai đoạn này tiếp tục cho đến khi điện áp đầu ra của bộ tích hợp giảm xuống 0, được biểu thị bằng đầu ra của bộ so sánh, so sánh tín hiệu của bộ tích phân với 0. Thời lượng của giai đoạn thứ hai tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào của bộ chuyển đổi. Trong toàn bộ giai đoạn thứ hai, các xung tần số cao với tần số đã hiệu chỉnh sẽ được gửi đến bộ đếm. Cái đó. sau giai đoạn thứ hai, số chỉ của đồng hồ kỹ thuật số tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào. Sử dụng phương pháp này có thể đạt được độ chính xác rất tốt mà không cần đặt ra yêu cầu cao về độ chính xác và độ ổn định của các bộ phận. Đặc biệt, độ ổn định của điện dung bộ tích hợp có thể không cao, vì chu kỳ sạc và phóng điện xảy ra với tốc độ tỷ lệ nghịch với điện dung. Hơn nữa, độ lệch và lỗi bù của bộ so sánh được bù bằng cách bắt đầu và kết thúc mỗi bước chuyển đổi ở cùng một điện áp. Để cải thiện độ chính xác, giai đoạn chuyển đổi thứ ba được sử dụng, khi bộ tích hợp nhập thông qua một phím S.W. 3 tín hiệu bằng 0 được đưa ra. Bởi vì cùng một bộ tích phân và bộ so sánh được sử dụng trong bước này nên việc trừ giá trị lỗi đầu ra ở mức 0 khỏi phép đo tiếp theo có thể bù cho các lỗi liên quan đến các phép đo gần bằng 0. Các yêu cầu nghiêm ngặt không được áp đặt ngay cả đối với tần số xung đồng hồ đến bộ đếm, bởi vì một khoảng thời gian cố định ở giai đoạn chuyển đổi đầu tiên được hình thành từ các xung giống nhau. Các yêu cầu nghiêm ngặt chỉ được áp dụng đối với dòng phóng điện, tức là tới nguồn điện áp tham chiếu. Nhược điểm của phương pháp chuyển đổi này là hiệu suất thấp.

ADC được đặc trưng bởi một số tham số cho phép chọn một thiết bị cụ thể dựa trên các yêu cầu của hệ thống. Tất cả các tham số ADC có thể được chia thành hai nhóm: tĩnh và động. Cái trước xác định các đặc tính chính xác của thiết bị khi làm việc với tín hiệu đầu vào thay đổi chậm hoặc liên tục và cái sau đặc trưng cho hiệu suất của thiết bị là duy trì độ chính xác khi tần số của tín hiệu đầu vào tăng lên.

Mức lượng tử hóa nằm trong vùng lân cận 0 của tín hiệu đầu vào tương ứng với điện áp chuyển tiếp mã hóa là –0,5 U LSB và 0,5 U LSB (điều đầu tiên chỉ xảy ra trong trường hợp tín hiệu đầu vào lưỡng cực). Tuy nhiên, trong các thiết bị thực, các điện áp chuyển tiếp mã hóa này có thể khác với các giá trị lý tưởng này. Độ lệch mức thực tế của các điện áp chuyển tiếp mã hóa này so với giá trị lý tưởng của chúng được gọi là lỗi bù điểm lưỡng cực ( Lỗi lưỡng cực Zero ) Và lỗi bù điểm 0 đơn cực ( Lỗi bù bằng không ) tương ứng. Đối với phạm vi chuyển đổi lưỡng cực, sai số bù 0 thường được sử dụng và đối với phạm vi chuyển đổi đơn cực, sai số bù đơn cực thường được sử dụng. Sai số này dẫn đến sự dịch chuyển song song của đặc tính biến đổi thực so với đặc tính lý tưởng dọc theo trục hoành (Hình 3.7).


Độ lệch của mức tín hiệu đầu vào tương ứng với lần chuyển mã liên mã cuối cùng so với giá trị lý tưởng của nó U FSR -1,5 U LSB , gọi điện lỗi toàn diện ( Lỗi toàn thang).

Tỷ lệ chuyển đổi ADC được gọi là tiếp tuyến của góc nghiêng của đường thẳng vẽ qua điểm đầu và điểm cuối của đặc tính biến đổi thực. Sự khác biệt giữa giá trị thực tế và lý tưởng của hệ số chuyển đổi được gọi là lỗi hệ số chuyển đổi (Đạt được lỗi ) (Hình 3.7). Nó bao gồm các sai số ở cuối thang đo nhưng không bao gồm các sai số ở điểm 0 của thang đo. Đối với phạm vi đơn cực, nó được định nghĩa là chênh lệch giữa sai số toàn thang đo và sai số bù điểm 0 đơn cực, và đối với phạm vi lưỡng cực, nó được định nghĩa là chênh lệch giữa sai số toàn thang đo và sai số bù điểm 0 lưỡng cực. Trên thực tế, trong mọi trường hợp, đây là độ lệch khoảng cách lý tưởng giữa lần chuyển đổi mã hóa cuối cùng và đầu tiên (bằng U FSR -2 U LSB ) so với giá trị thực của nó.

Lỗi bù 0 và lỗi khuếch đại có thể được bù bằng cách điều chỉnh bộ tiền khuếch đại ADC. Để làm được điều này, bạn cần có một vôn kế có độ chính xác không quá 0,1. U LSB . Để đảm bảo tính độc lập của hai lỗi này, trước tiên hãy sửa lỗi bù 0 và sau đó là lỗi hệ số chuyển đổi.Để sửa lỗi bù 0 của ADC, bạn phải:

1. Đặt điện áp đầu vào chính xác là 0,5 bạn LSB;

2. Điều chỉnh độ lệch của bộ tiền khuếch đại ADC cho đến khi ADC chuyển sang trạng thái 00…01.

Để sửa lỗi của hệ số chuyển đổi cần thiết:

1. Đặt điện áp đầu vào chính xác ở mức U FSR -1,5 U LSB ;

2. Điều chỉnh mức tăng của bộ tiền khuếch đại ADC cho đến khi ADC chuyển sang trạng thái 11...1.

Do các phần tử của mạch ADC không hoàn hảo nên các bước tại các điểm khác nhau của đặc tính ADC khác nhau về độ lớn và không bằng nhau. U LSB (Hình 3.8).


Độ lệch khoảng cách giữa trung điểm của hai bước lượng tử hóa thực liền kề so với giá trị lý tưởng của bước lượng tử hóa U LSB gọi điện phi tuyến vi phân (DNL – Tính phi tuyến vi sai). Nếu DNL lớn hơn hoặc bằng U LSB , thì ADC có thể có cái gọi là “mã bị thiếu” (Hình 3.3). Điều này kéo theo sự thay đổi cục bộ mạnh mẽ trong hệ số truyền ADC, điều này trong các hệ thống điều khiển vòng kín có thể dẫn đến mất ổn định.

Đối với những ứng dụng cần duy trì tín hiệu đầu ra với độ chính xác nhất định, điều quan trọng là mã đầu ra ADC phải khớp với điện áp chuyển tiếp giữa các mã càng sát càng tốt. Độ lệch tối đa của tâm bước lượng tử hóa trên đặc tính ADC thực so với đặc tính tuyến tính hóa được gọi là tính phi tuyến tích phân (INL – Tính phi tuyến tính tích phân) hoặcđộ chính xác tương đối (Độ chính xác tương đối) ADC (Hình 3.9).


Đặc tính tuyến tính hóa được vẽ thông qua các điểm cực trị của đặc tính biến đổi thực, sau khi chúng đã được hiệu chỉnh, tức là. Lỗi bù bằng 0 và hệ số chuyển đổi đã được loại bỏ.

Hầu như không thể bù các sai số trong tính phi tuyến vi phân và tích phân bằng các phương pháp đơn giản.

độ phân giải ADC ( Nghị quyết ) là nghịch đảo của số tổ hợp mã tối đa ở đầu ra ADC

(3.8).

Tham số này xác định mức tín hiệu đầu vào tối thiểu (so với tín hiệu biên độ đầy đủ) mà ADC có thể cảm nhận được.

Độ chính xác và độ phân giải là hai đặc điểm độc lập. Độ phân giải đóng vai trò quyết định khi điều quan trọng là phải cung cấp dải động nhất định của tín hiệu đầu vào. Độ chính xác rất quan trọng khi cần duy trì biến được kiểm soát ở mức nhất định với độ chính xác cố định.

Dải động của ADC (DR - Dải động ) là tỷ số giữa mức điện áp đầu vào cảm nhận được lớn nhất và mức điện áp đầu vào tối thiểu, tính bằng dB

(3.9).

Tham số này xác định lượng thông tin tối đa mà ADC có khả năng truyền. Vì vậy, đối với ADC 12 bit DR = 72 dB.

Đặc tính của ADC thực khác với đặc tính của thiết bị lý tưởng do có các phần tử không lý tưởng của thiết bị thực. Hãy xem xét một số tham số đặc trưng cho ADC thực.

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm(SNR - Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu ) là tỷ số giữa giá trị rms của tín hiệu hình sin đầu vào với giá trị rms của nhiễu, được định nghĩa là tổng của tất cả các thành phần phổ khác đến một nửa tần số lấy mẫu, không bao gồm thành phần DC. Vì sự hoàn hảo N -bit ADC chỉ tạo ra nhiễu lượng tử hóa SNR , tính bằng decibel, có thể được định nghĩa là


(3.10),

ở đâu N – Dung lượng bit ADC. Vì vậy, đối với ADC lý tưởng 12 bit SNR =74dB. Giá trị này lớn hơn dải động của cùng một ADC vì Mức tối thiểu của tín hiệu thu được phải lớn hơn mức nhiễu. Công thức này chỉ tính đến nhiễu lượng tử hóa và không tính đến các nguồn nhiễu khác tồn tại trong ADC thực. Vì vậy, các giá trị SNR đối với ADC thực, nó thường thấp hơn mức lý tưởng. Giá trị điển hình SNR đối với ADC 12 bit thực là 68-70 dB.

Nếu tín hiệu đầu vào có độ dao động ít hơn bạn FSR , thì công thức cuối cùng cần được điều chỉnh

(3.11),

trong đó KOS là độ suy giảm của tín hiệu đầu vào, tính bằng dB. Vì vậy, nếu tín hiệu đầu vào của ADC 12 bit có biên độ nhỏ hơn 10 lần so với một nửa điện áp toàn thang đo thì KOS = -20 dB và SNR =74 dB – 20 dB = 54 dB.

Ý nghĩa thực sự SNR có thể được sử dụng cho xác định số lượng bit ADC hiệu quả( ENOB – Số Bit Hiệu Quả ). Nó được xác định bởi công thức

(3.12).

Chỉ báo này có thể mô tả khả năng quyết định thực tế của một ADC thực. Do đó, ADC 12 bit dành cho nó. SNR =68 dB đối với tín hiệu có KOS = -20 dB thực tế là 7 bit ( ENOB = 7,68). Giá trị ENOB phụ thuộc rất nhiều vào tần số của tín hiệu đầu vào, tức là Dung lượng bit hiệu dụng của ADC giảm khi tần số tăng.

Tổng độ méo hài ( THD – Tổng độ méo hài ) là tỷ lệ của tổng các giá trị bình phương trung bình gốc của tất cả các sóng hài cao hơn với giá trị bình phương trung bình gốc của sóng hài cơ bản

(3.13),

ở đâu n thường bị giới hạn ở mức 6 hoặc 9. Thông số này đặc trưng cho mức độ méo hài của tín hiệu đầu ra ADC so với đầu vào. THD tăng theo tần số của tín hiệu đầu vào.

Dải tần công suất đầy đủ ( FPBW – Băng thông toàn năng ) là tần số đỉnh tới đỉnh cực đại của tín hiệu đầu vào tại đó biên độ của thành phần cơ bản được tái tạo giảm không quá 3 dB. Khi tần số của tín hiệu đầu vào tăng lên, các mạch tương tự của ADC không còn thời gian để xử lý các thay đổi của nó với độ chính xác nhất định, dẫn đến hệ số chuyển đổi ADC giảm ở tần số cao.

Cài đặt thời gian (Cài đặt thời gian ) là thời gian cần thiết để ADC đạt được độ chính xác định mức sau khi đưa tín hiệu bước có biên độ bằng toàn dải tín hiệu đầu vào vào đầu vào của nó. Tham số này bị giới hạn do tốc độ hữu hạn của các nút ADC khác nhau.

Do có nhiều loại lỗi khác nhau nên đặc tính của ADC thực là phi tuyến tính. Nếu một tín hiệu có phổ gồm hai sóng hài được đưa vào đầu vào của một thiết bị có tính phi tuyến f a và fb , thì trong phổ tín hiệu đầu ra của thiết bị đó, ngoài các hài chính sẽ có các hài phụ xuyên điều chế có tần số, ở đâu m, n =1,2,3,... Các hài bậc hai là f a + f b , f a - f b , hài bậc ba là 2 f a + f b , 2 f a - f b , f a +2 f b , f a -2 f b . Nếu các sóng sin đầu vào có tần số tương tự nhau, nằm gần mép trên của băng thông thì các hài bậc hai sẽ cách xa các sóng sin đầu vào và nằm ở vùng tần số thấp hơn, trong khi các hài bậc ba có tần số gần với tần số tần số đầu vào.

Hệ số biến dạng xuyên điều chế ( Sự biến dạng của Intermodulatin ) là tỷ lệ giữa tổng các giá trị bình phương trung bình gốc của các hài phụ xuyên điều chế của một bậc nhất định với tổng các giá trị bình phương trung bình gốc của các hài cơ bản, tính bằng dB

(3.14).

Bất kỳ phương pháp chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số nào cũng cần một khoảng thời gian hữu hạn để hoàn thành. Dưới Thời gian chuyển đổi ADC ( Thời gian chuyển đổi ) đề cập đến khoảng thời gian kể từ thời điểm tín hiệu tương tự đến đầu vào ADC cho đến khi mã đầu ra tương ứng xuất hiện. Nếu tín hiệu đầu vào của ADC thay đổi theo thời gian thì thời gian chuyển đổi hữu hạn của ADC sẽ dẫn đến sự xuất hiện của cái gọi là. lỗi khẩu độ(Hình 3.10).


Tín hiệu bắt đầu chuyển đổi đến vào lúc này t 0 và mã đầu ra xuất hiện vào lúc này t 1 . Trong thời gian này, tín hiệu đầu vào được quản lý để thay đổi một lượngD bạn . Sự không chắc chắn phát sinh: mức giá trị tín hiệu đầu vào nằm trong phạm vi U 0 – U 0 + D bạn tương ứng với mã đầu ra này. Để duy trì độ chính xác chuyển đổi ở mức độ thống nhất của bit có ý nghĩa nhỏ nhất, điều cần thiết là trong thời gian chuyển đổi, sự thay đổi giá trị của tín hiệu ở đầu vào ADC không được lớn hơn giá trị của một trong những giá trị nhỏ nhất. chút đáng kể

(3.15).

Sự thay đổi mức tín hiệu trong quá trình chuyển đổi có thể được tính gần đúng như

(3.16),

Uin ở đâu – Điện áp đầu vào ADC, Tc - thời gian chuyển đổi. Thay (3.16) vào (3.15) ta được

(3.17).

Nếu đầu vào là tín hiệu hình sin có tần số f

(3.18),

thì đạo hàm của nó sẽ bằng

(3.19).

Nó đạt giá trị lớn nhất khi cosine bằng 1. Thay (3.9) vào (3.7) với điều này, chúng ta nhận được

, hoặc

(3.20)

Thời gian chuyển đổi hữu hạn của ADC dẫn đến yêu cầu hạn chế tốc độ thay đổi của tín hiệu đầu vào. Để giảm lỗi khẩu độ, v.v. để làm suy yếu giới hạn về tốc độ thay đổi của tín hiệu đầu vào ADC ở đầu vào bộ chuyển đổi, cái gọi là "thiết bị lưu trữ mẫu" (SSD) (Đơn vị theo dõi/giữ ). Sơ đồ đơn giản của UVH được thể hiện trong hình 3.11.


Thiết bị này có hai chế độ hoạt động: chế độ lấy mẫu và chế độ chốt. Chế độ lấy mẫu tương ứng với trạng thái đóng của phím S.W. . Ở chế độ này, điện áp đầu ra của UVH lặp lại điện áp đầu vào. Chế độ chốt được kích hoạt bằng lệnh từ phím mở S.W. . Trong trường hợp này, kết nối giữa đầu vào và đầu ra của UVH bị gián đoạn và tín hiệu đầu ra được duy trì ở mức không đổi tương ứng với mức tín hiệu đầu vào tại thời điểm nhận được lệnh cố định do điện tích tích lũy trên tụ điện. Do đó, nếu lệnh giữ được đưa ra ngay trước khi bắt đầu chuyển đổi ADC, tín hiệu đầu ra của UVH sẽ được duy trì ở mức không đổi trong toàn bộ thời gian chuyển đổi. Sau khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, UVH lại được chuyển sang chế độ lấy mẫu. Hoạt động của UVH thực tế hơi khác so với trường hợp lý tưởng đã được mô tả (Hình 3.12).


(3.21),

ở đâu – tần số của tín hiệu đầu vào, t A – giá trị độ không đảm bảo đo của khẩu độ.

Trong UVH thực, tín hiệu đầu ra không thể không thay đổi hoàn toàn trong thời gian chuyển đổi hữu hạn. Tụ điện sẽ được phóng điện dần dần bởi dòng điện đầu vào nhỏ của bộ đệm đầu ra. Để duy trì độ chính xác cần thiết, điều cần thiết là trong quá trình chuyển đổi, điện tích của tụ điện không thay đổi quá 0,5 bạn LSB.

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự thường được cài đặt ở đầu ra của hệ thống vi xử lý để chuyển đổi mã đầu ra của nó thành tín hiệu tương tự cung cấp cho đối tượng điều khiển liên tục. Đặc tính tĩnh lý tưởng của DAC 3 bit được thể hiện trong hình 3.13.


Điểm khởi đầu đặc trưng được xác định là điểm tương ứng với mã đầu vào (không) đầu tiên Bạn 00…0 . Đặc điểm điểm cuốiđược xác định là điểm tương ứng với mã đầu vào cuối cùng Bạn 11…1 . Các định nghĩa về dải điện áp đầu ra, bit có ý nghĩa nhỏ nhất của đơn vị lượng tử hóa, lỗi bù 0 và lỗi hệ số chuyển đổi tương tự như các đặc tính tương ứng của ADC.

Từ quan điểm của tổ chức cấu trúc, DAC có ít lựa chọn hơn để xây dựng bộ chuyển đổi. Cấu trúc chính của DAC được gọi là. "xích Sơ đồ R -2 R” (Hình 3.14).



Dễ dàng chứng minh được dòng điện vào của mạch là Tôi vào = U REF / R và dòng điện của các mắt xích kế tiếp nhau lần lượt là Tôi ở /2, tôi ở /4, tôi ở /8, v.v. Để chuyển đổi mã kỹ thuật số đầu vào thành dòng điện đầu ra, chỉ cần thu thập tất cả các dòng điện của nhánh tương ứng với các dòng trong mã đầu vào tại điểm đầu ra của bộ chuyển đổi là đủ (Hình 3.15).


Nếu bộ khuếch đại hoạt động được kết nối với điểm đầu ra của bộ chuyển đổi thì điện áp đầu ra có thể được xác định là

(3.22),

ở đâu K – đầu vào mã kỹ thuật số, N – Độ sâu bit DAC.

Tất cả các DAC hiện có được chia thành hai nhóm lớn: DAC có đầu ra dòng điện và DAC có đầu ra điện áp. Sự khác biệt giữa chúng nằm ở chỗ không có hoặc có sự hiện diện của tầng cuối cùng trên bộ khuếch đại hoạt động trong chip DAC. DAC có đầu ra điện áp là thiết bị hoàn thiện hơn và cần ít thành phần bổ sung hơn để hoạt động. Tuy nhiên, giai đoạn cuối cùng cùng với các thông số của mạch lâm nghiệp sẽ xác định các thông số động và độ chính xác của DAC. Việc triển khai bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao, chính xác trên cùng một con chip với DAC thường rất khó khăn. Do đó, hầu hết các DAC tốc độ cao đều có đầu ra dòng điện.

Phi tuyến vi saiđối với DAC được định nghĩa là độ lệch khoảng cách giữa hai mức liền kề của tín hiệu tương tự đầu ra so với giá trị lý tưởng U LSB . Một giá trị lớn của độ phi tuyến vi phân có thể làm cho DAC trở nên không đơn điệu. Điều này có nghĩa là việc tăng mã kỹ thuật số sẽ dẫn đến giảm tín hiệu đầu ra ở một phần đặc tính nào đó (Hình 3.16). Điều này có thể dẫn đến sự phát sinh không mong muốn trong hệ thống.


Tính phi tuyến tích phân đối với DAC, được định nghĩa là độ lệch lớn nhất của mức tín hiệu đầu ra analog so với đường thẳng vẽ qua các điểm tương ứng với mã đầu tiên và mã cuối cùng sau khi chúng được điều chỉnh.

Cài đặt thời gian DAC được định nghĩa là thời gian mà tín hiệu đầu ra DAC sẽ được thiết lập ở mức nhất định với sai số không quá 0,5 U LSB sau khi mã đầu vào thay đổi từ giá trị 00...0 thành giá trị 11...1. Nếu DAC có các thanh ghi đầu vào thì một phần thời gian xử lý nhất định là do độ trễ cố định khi truyền tín hiệu số và chỉ phần còn lại là do quán tính của chính mạch DAC. Do đó, thời gian xử lý thường được đo không phải từ thời điểm mã mới đến đầu vào DAC mà từ thời điểm tín hiệu đầu ra bắt đầu thay đổi, tương ứng với mã mới, cho đến khi tín hiệu đầu ra được thiết lập chính xác. LSB 0,5U (Hình 3.17).


Trong trường hợp này, thời gian xử lý xác định tần số lấy mẫu tối đa của DAC

(3.23),

ở đâu t S - thời gian thành lập.

Các mạch kỹ thuật số đầu vào của DAC có tốc độ hữu hạn. Ngoài ra, tốc độ truyền tín hiệu tương ứng với các bit khác nhau của mã đầu vào cũng không giống nhau do sự thay đổi tham số của các phần tử và đặc tính của mạch. Kết quả là, các nhánh của mạch bậc thang DAC không chuyển đổi đồng bộ khi có mã mới đến mà có một số độ trễ tương đối với nhau. Điều này dẫn đến thực tế là trong sơ đồ điện áp đầu ra của DAC, khi chuyển từ giá trị trạng thái ổn định này sang giá trị trạng thái ổn định khác, người ta quan sát thấy các xung có biên độ và hướng khác nhau (Hình 3.18).


Theo thuật toán vận hành, DAC là bộ ngoại suy bậc 0, đáp ứng tần số của nó có thể được biểu thị bằng biểu thức

(3.24),

Ở đâu w S - tần số lấy mẫu. Đáp ứng biên độ-tần số của DAC được thể hiện trong hình 3.20.


Có thể thấy, ở tần số 0,5w S tín hiệu được tái tạo bị suy giảm 3,92 dB so với các thành phần tần số thấp của tín hiệu. Do đó, có một chút biến dạng phổ của tín hiệu được tái tạo. Trong hầu hết các trường hợp, sự biến dạng nhỏ này không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, trong trường hợp cần tăng độ tuyến tính của các đặc tính phổ của hệ thống (ví dụ: trong hệ thống xử lý âm thanh), để cân bằng phổ thu được ở đầu ra DAC, cần phải cài đặt bộ lọc phục hồi đặc biệt có đáp ứng tần số là kiểu x/sin(x).

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) là một thiết bị để chuyển đổi mã kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự với cường độ tỷ lệ thuận với giá trị của mã.

DAC được sử dụng để kết nối các hệ thống điều khiển kỹ thuật số với các thiết bị được điều khiển bằng mức tín hiệu analog. Ngoài ra, DAC là một phần không thể thiếu trong nhiều cấu trúc bộ chuyển đổi và thiết bị tương tự sang số.

DAC được đặc trưng bởi chức năng chuyển đổi. Nó liên quan đến sự thay đổi trong mã kỹ thuật số với sự thay đổi về điện áp hoặc dòng điện. Hàm chuyển đổi DAC được thể hiện như sau

bạn ra ngoài- Giá trị điện áp đầu ra tương ứng với mã số Ninh, được cung cấp cho đầu vào DAC.

bạn tối đa- điện áp đầu ra tối đa tương ứng với mã tối đa được áp dụng cho đầu vào N tối đa

Kích cỡ K DAC, được xác định bằng tỷ số, được gọi là hệ số chuyển đổi số sang tương tự. Bất chấp tính chất từng bước của đặc tính liên quan đến sự thay đổi rời rạc trong giá trị đầu vào (mã kỹ thuật số), người ta tin rằng DAC là bộ chuyển đổi tuyến tính.

Nếu giá trị Ninhđược biểu diễn thông qua các giá trị trọng số của các chữ số của nó, hàm biến đổi có thể được biểu diễn như sau

, Ở đâu

Tôi- số chữ số của mã đầu vào Ninh; A tôi- nghĩa Tôi chữ số thứ (không hoặc một); Ui – trọng lượng Tôi-loại thứ; n – số bit của mã đầu vào (số bit của DAC).

Trọng lượng của bit được xác định cho dung lượng bit cụ thể và được tính bằng công thức sau

U OP - Điện áp tham chiếu DAC

Nguyên lý hoạt động của hầu hết các DAC là tổng hợp các phần tín hiệu tương tự (trọng số phóng điện), tùy thuộc vào mã đầu vào.

DAC có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tổng dòng điện, tổng điện áp và phân chia điện áp. Trong trường hợp thứ nhất và thứ hai, theo giá trị của các bit của mã đầu vào, tín hiệu của máy phát hiện tại và nguồn E.M.F được tổng hợp. Phương pháp cuối cùng là bộ chia điện áp được điều khiển bằng mã. Hai phương pháp cuối cùng không được sử dụng rộng rãi do những khó khăn thực tế khi thực hiện.

Các phương pháp triển khai DAC với tổng dòng điện có trọng số

Chúng ta hãy xem xét việc xây dựng một DAC đơn giản với tổng các dòng điện có trọng số.

DAC này bao gồm một bộ điện trở và một bộ công tắc. Số lượng phím và số điện trở bằng số bit N mã đầu vào. Giá trị điện trở được chọn theo quy luật nhị phân. Nếu R=3 Ohms thì 2R=6 Ohms, 4R=12 Ohms, v.v., tức là. Mỗi điện trở tiếp theo lớn hơn 2 lần so với điện trở trước. Khi nối nguồn điện áp và đóng công tắc, dòng điện sẽ chạy qua từng điện trở. Các giá trị hiện tại của các điện trở, nhờ sự lựa chọn xếp hạng phù hợp của chúng, cũng sẽ được phân phối theo luật nhị phân. Khi gửi mã nhập cảnh Ninh Các phím được bật theo giá trị của các bit tương ứng của mã đầu vào. Khóa được đóng nếu bit tương ứng bằng 1. Trong trường hợp này, dòng điện được tổng hợp trong nút, tỷ lệ thuận với trọng số của các bit này và cường độ của dòng điện chạy từ toàn bộ nút sẽ tỷ lệ thuận với giá trị của mã đầu vào. Ninh.

Điện trở của các điện trở ma trận được chọn khá lớn (hàng chục kOhms). Vì vậy, trong hầu hết các trường hợp thực tế, DAC đóng vai trò là nguồn cung cấp dòng cho tải. Nếu cần lấy điện áp ở đầu ra của bộ chuyển đổi, thì bộ chuyển đổi điện áp hiện tại sẽ được lắp đặt ở đầu ra của một DAC như vậy, chẳng hạn như trên bộ khuếch đại hoạt động.

Tuy nhiên, khi mã thay đổi ở đầu vào DAC, lượng dòng điện lấy từ nguồn điện áp tham chiếu sẽ thay đổi. Đây là nhược điểm chính của phương pháp xây dựng DAC này. . Phương pháp xây dựng này chỉ có thể được sử dụng nếu nguồn điện áp tham chiếu có điện trở trong thấp. Trong trường hợp khác, tại thời điểm mã đầu vào được thay đổi, dòng điện lấy từ nguồn thay đổi, dẫn đến thay đổi điện áp rơi trên điện trở trong của nó và do đó dẫn đến thay đổi bổ sung ở dòng điện đầu ra không liên quan trực tiếp. đến việc thay đổi mã. Cấu trúc của DAC với các switch chuyển mạch cho phép chúng ta loại bỏ nhược điểm này.

Trong cấu trúc như vậy có hai nút đầu ra. Tùy thuộc vào giá trị của các bit của mã đầu vào, các khóa tương ứng được kết nối với nút được kết nối với đầu ra của thiết bị hoặc với nút khác, nút này thường được nối đất nhất. Trong trường hợp này, dòng điện chạy liên tục qua từng điện trở của ma trận, bất kể vị trí của công tắc và lượng dòng điện tiêu thụ từ nguồn điện áp tham chiếu là không đổi.

Nhược điểm chung của cả hai cấu trúc được xem xét là tỷ lệ lớn giữa giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của điện trở ma trận. Đồng thời, mặc dù có sự khác biệt lớn về định mức điện trở, nhưng cần phải đảm bảo độ chính xác tuyệt đối như nhau cho cả định mức điện trở lớn nhất và nhỏ nhất. Trong thiết kế DAC tích hợp có hơn 10 bit, điều này khá khó đạt được.

Cấu trúc dựa trên vật liệu điện trở không có tất cả các nhược điểm trên. R-2R ma trận

Với cấu trúc ma trận điện trở này, dòng điện ở mỗi nhánh song song tiếp theo nhỏ hơn hai lần so với nhánh trước. Sự hiện diện của chỉ hai giá trị điện trở trong ma trận giúp việc điều chỉnh giá trị của chúng khá dễ dàng.

Dòng điện đầu ra của mỗi cấu trúc được trình bày đồng thời không chỉ tỷ lệ với giá trị của mã đầu vào mà còn tỷ lệ với giá trị của điện áp tham chiếu. Người ta thường nói rằng nó tỷ lệ thuận với tích của hai đại lượng này. Vì vậy, những DAC như vậy được gọi là bộ nhân. Mọi người sẽ có những tài sản này. ĐẮC, trong đó việc hình thành các giá trị dòng điện có trọng số tương ứng với trọng lượng phóng điện được thực hiện bằng ma trận điện trở.

Ngoài việc được sử dụng cho mục đích đã định, DAC nhân còn được sử dụng làm bộ nhân tương tự sang số, làm điện trở và độ dẫn được điều khiển bằng mã. Chúng được sử dụng rộng rãi như các thành phần trong việc xây dựng các bộ khuếch đại, bộ lọc, bộ lọc, nguồn điện áp tham chiếu, bộ điều hòa tín hiệu, v.v.

Các thông số cơ bản và lỗi của DAC

Các thông số chính có thể nhìn thấy trong thư mục:

1. Number bit – số bit của mã đầu vào.

2. Hệ số chuyển đổi – ​​tỷ lệ giữa mức tăng tín hiệu đầu ra và mức tăng tín hiệu đầu vào đối với hàm chuyển đổi tuyến tính.

3. Thời gian ổn định của điện áp hoặc dòng điện đầu ra - khoảng thời gian từ thời điểm thay đổi mã nhất định ở đầu vào của DAC cho đến thời điểm mà điện áp hoặc dòng điện đầu ra cuối cùng đi vào vùng có chiều rộng của chữ số có nghĩa nhỏ nhất ( MZR).

4. Tần số chuyển đổi tối đa – tần số thay đổi mã cao nhất mà tại đó các tham số được chỉ định tuân thủ các tiêu chuẩn đã thiết lập.

Có các thông số khác đặc trưng cho hiệu suất của DAC và các tính năng hoạt động của nó. Chúng bao gồm: điện áp đầu vào mức thấp và cao, mức tiêu thụ hiện tại, điện áp đầu ra hoặc phạm vi hiện tại.

Các thông số quan trọng nhất đối với DAC là những thông số xác định đặc tính chính xác của nó.

Đặc tính chính xác của từng DAC , Trước hết, chúng được xác định bởi các lỗi được chuẩn hóa về độ lớn.

Lỗi được chia thành động và tĩnh. Lỗi tĩnh là các lỗi còn sót lại sau khi hoàn thành tất cả các quá trình nhất thời liên quan đến việc thay đổi mã đầu vào. Lỗi động được xác định bởi các quá trình nhất thời ở đầu ra DAC phát sinh do thay đổi mã đầu vào.

Các loại lỗi DAC tĩnh chính:

Sai số chuyển đổi tuyệt đối tại điểm cuối của thang đo là độ lệch của giá trị điện áp (dòng điện) đầu ra so với giá trị danh nghĩa tương ứng với điểm cuối của thang đo của hàm chuyển đổi. Được đo bằng đơn vị chữ số có nghĩa nhỏ nhất của chuyển đổi.

Điện áp bù 0 đầu ra – Điện áp DC ở đầu ra của DAC với mã đầu vào tương ứng với giá trị điện áp đầu ra bằng 0. Đo bằng đơn vị bậc thấp. Lỗi hệ số chuyển đổi (thang đo) – liên quan đến độ lệch độ dốc của hàm chuyển đổi so với yêu cầu.

Độ phi tuyến của DAC là độ lệch của hàm chuyển đổi thực tế so với đường thẳng đã chỉ định. Đó là lỗi tồi tệ nhất khó khắc phục.

Lỗi phi tuyến thường được chia thành hai loại - tích phân và vi phân.

Sai số phi tuyến tích phân là độ lệch tối đa của đặc tính thực tế so với đặc tính lý tưởng. Trong thực tế, điều này xem xét hàm biến đổi trung bình. Lỗi này được xác định bằng tỷ lệ phần trăm của phạm vi cuối cùng của giá trị đầu ra.

Tính phi tuyến vi phân có liên quan đến sự thiếu chính xác trong việc thiết lập trọng số của các chất thải, tức là với lỗi của các phần tử chia, phân tán tham số dư của các phần tử chính, bộ tạo dòng, v.v.

Phương pháp xác định và sửa lỗi DAC

Điều mong muốn là việc sửa lỗi được thực hiện trong quá trình sản xuất bộ chuyển đổi (điều chỉnh công nghệ). Tuy nhiên, điều mong muốn là khi sử dụng một mẫu cụ thể BIS trong thiết bị này hay thiết bị khác. Trong trường hợp này, việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách đưa vào cấu trúc của thiết bị, ngoài việc LSI DAC các yếu tố bổ sung. Những phương pháp như vậy được gọi là cấu trúc.

Quá trình khó khăn nhất là đảm bảo tính tuyến tính, vì chúng được xác định bởi các tham số liên quan của nhiều phần tử và nút. Thông thường, chỉ có độ lệch bằng 0 và hệ số được điều chỉnh

Các thông số độ chính xác do phương pháp công nghệ cung cấp sẽ giảm đi khi bộ chuyển đổi tiếp xúc với nhiều yếu tố gây mất ổn định khác nhau, chủ yếu là nhiệt độ. Cũng cần phải nhớ về yếu tố lão hóa của các nguyên tố.

Lỗi bù 0 và lỗi tỷ lệ có thể dễ dàng sửa ở đầu ra DAC. Để thực hiện điều này, một độ lệch không đổi được đưa vào tín hiệu đầu ra, bù cho độ lệch của đặc tính bộ chuyển đổi. Thang chuyển đổi yêu cầu được thiết lập bằng cách điều chỉnh bộ khuếch đại ở đầu ra của bộ chuyển đổi bộ khuếch đại hoặc bằng cách điều chỉnh giá trị của điện áp tham chiếu nếu DAC là hệ số nhân.

Các phương pháp hiệu chỉnh bằng điều khiển kiểm tra bao gồm việc xác định các lỗi DAC trên toàn bộ tập hợp các ảnh hưởng đầu vào cho phép và thêm các hiệu chỉnh được tính toán trên cơ sở đó vào giá trị đầu vào hoặc đầu ra để bù cho các lỗi này.

Đối với bất kỳ phương pháp hiệu chỉnh nào có điều khiển bằng tín hiệu kiểm tra, các hành động sau được cung cấp:

1. Đo lường các đặc tính của DAC trên một tập hợp các ảnh hưởng thử nghiệm đủ để xác định lỗi.

2. Xác định sai số bằng cách tính sai số so với kết quả đo.

3. Tính toán các sửa đổi khắc phục đối với các giá trị được chuyển đổi hoặc các hiệu ứng khắc phục cần thiết trên các khối đã được hiệu chỉnh.

4. Tiến hành chỉnh sửa.

Việc điều khiển có thể được thực hiện một lần trước khi lắp bộ chuyển đổi vào thiết bị bằng thiết bị đo đặc biệt trong phòng thí nghiệm. Nó cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị chuyên dụng được tích hợp trong thiết bị. Trong trường hợp này, theo quy định, việc giám sát được thực hiện định kỳ, mọi lúc trong khi bộ chuyển đổi không liên quan trực tiếp đến hoạt động của thiết bị. Việc tổ chức điều khiển và hiệu chỉnh các bộ chuyển đổi như vậy có thể được thực hiện khi nó hoạt động như một phần của hệ thống đo vi xử lý.

Nhược điểm chính của bất kỳ phương pháp thử nghiệm đầu cuối nào là thời gian thử nghiệm dài cùng với tính không đồng nhất và khối lượng thiết bị được sử dụng lớn.

Các giá trị hiệu chỉnh được xác định theo cách này hay cách khác thường được lưu trữ ở dạng kỹ thuật số. Việc sửa lỗi, có tính đến những sửa chữa này, có thể được thực hiện ở cả dạng tương tự và kỹ thuật số.

Với hiệu chỉnh kỹ thuật số, các hiệu chỉnh được thêm vào có tính đến dấu của chúng đối với mã đầu vào DAC. Kết quả là, một mã được nhận ở đầu vào DAC, mã này tạo ra giá trị điện áp hoặc dòng điện cần thiết ở đầu ra của nó. Việc thực hiện đơn giản nhất của phương pháp hiệu chỉnh này bao gồm một bộ điều chỉnh ĐẮC,ở đầu vào có cài đặt thiết bị lưu trữ kỹ thuật số ( ký ức). Mã đầu vào đóng vai trò là mã địa chỉ. TRONG ký ức Các địa chỉ tương ứng chứa các giá trị được tính toán trước, có tính đến các hiệu chỉnh, mã được cung cấp cho DAC đã được hiệu chỉnh.

Để hiệu chỉnh analog, ngoài DAC chính còn sử dụng một DAC bổ sung khác. Phạm vi tín hiệu đầu ra của nó tương ứng với giá trị lỗi tối đa của DAC đã được hiệu chỉnh. Mã đầu vào được cung cấp đồng thời cho đầu vào của DAC đã được hiệu chỉnh và cho đầu vào địa chỉ ký ức sửa đổi Từ ký ức hiệu chỉnh, hiệu chỉnh tương ứng với giá trị đã cho của mã đầu vào sẽ được chọn. Mã hiệu chỉnh được chuyển đổi thành tín hiệu tỷ lệ với nó, được tổng hợp bằng tín hiệu đầu ra của DAC đã hiệu chỉnh. Do phạm vi yêu cầu của tín hiệu đầu ra của DAC bổ sung nhỏ hơn so với phạm vi tín hiệu đầu ra của DAC đã hiệu chỉnh nên các lỗi của chính DAC đầu tiên sẽ bị bỏ qua.

Trong một số trường hợp, việc điều chỉnh động lực của DAC là cần thiết.

Đáp ứng nhất thời của DAC sẽ khác nhau khi thay đổi các tổ hợp mã khác nhau, nói cách khác thời gian xử lý của tín hiệu đầu ra sẽ khác nhau. Vì vậy, thời gian xử lý tối đa phải được tính đến khi sử dụng DAC. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, có thể điều chỉnh hành vi của đặc tính truyền.

Đặc điểm của việc sử dụng LSI DAC

Để sử dụng thành công công nghệ hiện đại BIS Việc DAC biết danh sách các đặc điểm chính và các mạch cơ bản để đưa chúng vào là chưa đủ.

Tác động đáng kể đến kết quả ứng dụng BIS DAC đáp ứng các yêu cầu hoạt động được xác định bởi đặc tính của một con chip cụ thể. Các yêu cầu này không chỉ bao gồm việc sử dụng các tín hiệu đầu vào cho phép, điện áp của nguồn điện, điện dung và điện trở tải mà còn bao gồm thứ tự chuyển đổi các nguồn điện khác nhau, tách các mạch kết nối các nguồn điện khác nhau và bus chung, sử dụng các bộ lọc, vân vân.

Đối với các DAC chính xác, điện áp đầu ra nhiễu có tầm quan trọng đặc biệt. Một đặc điểm của vấn đề nhiễu trong DAC là sự xuất hiện của xung điện áp ở đầu ra do chuyển mạch bên trong bộ chuyển đổi gây ra. Biên độ của những vụ nổ này có thể đạt tới vài chục trọng số MZR và gây khó khăn trong hoạt động của các thiết bị xử lý tín hiệu analog sau DAC. Giải pháp cho vấn đề ngăn chặn các xung đột biến như vậy là sử dụng các thiết bị lấy mẫu và giữ ở đầu ra của DAC ( UVH). UVHđược điều khiển từ phần kỹ thuật số của hệ thống, tạo ra các tổ hợp mã mới ở đầu vào DAC. Trước khi gửi kết hợp mã mới UVH chuyển sang chế độ lưu trữ, mở mạch truyền tín hiệu analog ra đầu ra. Nhờ đó, điện áp đầu ra DAC tăng đột biến không đạt được đầu ra UVH, sau đó được đưa vào chế độ theo dõi, lặp lại đầu ra DAC.

Đặc biệt chú ý khi xây dựng DAC dựa trên BIS Cần chú ý lựa chọn bộ khuếch đại hoạt động để chuyển đổi dòng điện đầu ra DAC thành điện áp. Khi áp dụng mã đầu vào DAC cho đầu ra OU sẽ có lỗi Dbạn, gây ra bởi điện áp phân cực của nó và bằng

,

Ở đâu bạn cm- điện thế lệch OU; R os- giá trị điện trở trong mạch phản hồi OU; R m– điện trở của ma trận điện trở của DAC (điện trở đầu ra của DAC), tùy thuộc vào giá trị của mã được áp dụng cho đầu vào của nó.

Khi tỷ lệ thay đổi từ 1 đến 0, sai số do bạn cm, thay đổi trên lối đi (1...2)U cm. Ảnh hưởng bạn cm lơ là khi sử dụng OU, cái nào .

Do diện tích của các thiết bị chuyển mạch Transistor trong CMOS BISđiện dung đầu ra đáng kể của LSI DAC (40...120 pF tùy thuộc vào giá trị của mã đầu vào). Điện dung này có tác động đáng kể đến thời gian ổn định điện áp đầu ra. OUđến độ chính xác cần thiết. Để giảm bớt ảnh hưởng này R os bỏ qua bằng tụ điện Với hệ điều hành.

Trong một số trường hợp, cần phải có được điện áp đầu ra lưỡng cực ở đầu ra DAC. Điều này có thể đạt được bằng cách tạo ra độ lệch dải điện áp đầu ra ở đầu ra và nhân DAC bằng cách chuyển đổi cực tính của nguồn điện áp tham chiếu.

Xin lưu ý rằng nếu bạn đang sử dụng DAC tích hợp , có số lượng bit lớn hơn mức bạn cần, thì đầu vào của các bit không sử dụng sẽ được kết nối với bus mặt đất, xác định rõ ràng mức logic 0 trên chúng. Hơn nữa, để hoạt động với phạm vi tín hiệu đầu ra của LSI DAC có phạm vi rộng nhất có thể, các chữ số được lấy như các chữ số đó, bắt đầu bằng chữ số ít quan trọng nhất.

Một trong những ví dụ thực tế về việc sử dụng DAC là bộ định dạng tín hiệu có nhiều hình dạng khác nhau. Tôi đã tạo một mô hình nhỏ trong Proteus. Sử dụng DAC được điều khiển bởi MK (Atmega8, mặc dù nó cũng có thể được thực hiện trên Tiny), các tín hiệu có nhiều hình dạng khác nhau được tạo ra. Chương trình được viết bằng C trong CVAVR. Bằng cách nhấn nút, tín hiệu được tạo ra sẽ thay đổi.

LSI DAC DAC0808 National Semiconductor, 8 bit, tốc độ cao, đi kèm theo mạch tiêu chuẩn. Vì đầu ra của nó là dòng điện nên nó được chuyển đổi thành điện áp bằng bộ khuếch đại đảo ngược sử dụng op-amp.

Về nguyên tắc, bạn thậm chí có thể có những con số thú vị như vậy, nó khiến tôi nhớ đến điều gì đó, phải không? Nếu bạn chọn độ sâu bit cao hơn, bạn sẽ mượt mà hơn

Thư mục:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Bộ chuyển đổi tương tự sang số/Ed. G.D. Bakhtiyarov - M.: Sov. Đài. – 1980. – 278 tr.: bệnh.
2. Thiết kế hệ thống vi xử lý điều khiển analog-digital.
3. O.V. Shishov. - Saransk: Nhà xuất bản Mordov. Đại học 1995. - tr.

Dưới đây bạn có thể tải xuống dự án tại