Các phần tử DAC Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự DAC hiện đại

Bộ Giáo dục và Khoa học Ukraina

Học viện Hàng hải Quốc gia Odessa

Khoa Điện tử Hàng hải

trong môn học "Hệ thống thu thập và xử lý thông tin từ xa"

"Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự"

Hoàn thành:

tập hợp FEM và RE

nhóm 3131

Strukov S.M.

Đã kiểm tra: Nghệ thuật. giáo viên

Kudelkin I.N.

Odessa – 2007

1. Giới thiệu

2. Thông tin chung

3. DAC nối tiếp

4. DAC song song

5. Ứng dụng DAC

6. Thông số DAC

7. Danh sách tài liệu tham khảo

GIỚI THIỆU

Những thập kỷ gần đây là do sự ra đời rộng rãi của công nghệ vi điện tử và máy tính vào nền kinh tế quốc dân, việc trao đổi thông tin được đảm bảo bởi các bộ chuyển đổi tương tự và kỹ thuật số tuyến tính (ADC và DAC).

Giai đoạn hiện đại được đặc trưng bởi các DAC và ADC mạch tích hợp lớn và cực lớn với các thông số hiệu suất cao: tốc độ, lỗi nhỏ, nhiều bit. Việc đưa LSI DAC và ADC thành một đơn vị hoàn chỉnh về chức năng đã đơn giản hóa đáng kể việc triển khai chúng trong các thiết bị và hệ thống lắp đặt được sử dụng cả trong nghiên cứu khoa học và trong công nghiệp, đồng thời giúp trao đổi thông tin nhanh chóng giữa các thiết bị analog và kỹ thuật số.

Thông tin chung

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) được thiết kế để chuyển đổi một số, thường được định nghĩa là mã nhị phân, thành điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với giá trị của mã kỹ thuật số. Mạch của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự rất đa dạng. Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy sơ đồ phân loại của DAC theo đặc điểm mạch của nó. Ngoài ra, IC của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự được phân loại theo các tiêu chí sau:

o Theo loại tín hiệu đầu ra: có đầu ra dòng điện và đầu ra điện áp.

o Theo loại giao diện kỹ thuật số: với đầu vào nối tiếp và đầu vào song song của mã đầu vào.

o Theo số lượng DAC trên chip: đơn kênh và đa kênh.

o Theo tốc độ: tốc độ vừa phải và cao.

Cơm. 1. Phân loại DAC

DAC nối tiếp

DAC với điều chế độ rộng xung

Thông thường, DAC là một phần của hệ thống vi xử lý. Trong trường hợp này, nếu không cần tốc độ cao, việc chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có thể được thực hiện rất dễ dàng bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM). Mạch DAC với xung điện xung được hiển thị trong hình. 1a.

Cơm. 1. DAC có điều chế độ rộng xung

Chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự được tổ chức đơn giản nhất nếu bộ vi điều khiển có chức năng chuyển đổi độ rộng xung tích hợp (ví dụ: AT90S8515 từ Atmel hoặc 87C51GB từ Intel). Đầu ra xung điều khiển công tắc S. Tùy thuộc vào độ sâu bit chuyển đổi được chỉ định (đối với bộ điều khiển AT90S8515, có thể sử dụng các chế độ 8, 9 và 10 bit), bộ điều khiển, sử dụng bộ đếm thời gian/bộ đếm của nó, tạo ra một chuỗi xung, khoảng thời gian tương đối trong đó g = t Và / Tđược xác định bởi mối quan hệ

Ở đâu N- độ sâu bit chuyển đổi, và D- mã được chuyển đổi. Bộ lọc thông thấp làm mịn các xung, làm nổi bật giá trị điện áp trung bình. Kết quả là điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi

Mạch được xem xét cung cấp độ tuyến tính gần như lý tưởng của quá trình chuyển đổi và không chứa các phần tử chính xác (ngoại trừ nguồn điện áp tham chiếu). Hạn chế chính của nó là hiệu suất thấp.

DAC tụ chuyển mạch nối tiếp

Mạch DAC DAC được thảo luận ở trên trước tiên chuyển đổi mã kỹ thuật số thành một khoảng thời gian, được tạo ra bằng cách sử dụng lượng tử truy cập nhị phân theo lượng tử, do đó để thu được N- Yêu cầu chuyển đổi 2 bit N lượng tử thời gian (chu kỳ). Mạch DAC nối tiếp được hiển thị trong Hình. 2 cho phép thực hiện chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự với chu kỳ xung nhịp ít hơn đáng kể.

Trong mạch này, điện dung của tụ điện là VỚI 1 và VỚI 2 đều bằng nhau. Trước khi chu kỳ chuyển đổi bắt đầu, tụ điện VỚI 2 được xả bằng chìa khóa S 4 . Từ nhị phân đầu vào được chỉ định dưới dạng mã nối tiếp. Việc chuyển đổi của nó được thực hiện tuần tự, bắt đầu từ chữ số có nghĩa nhỏ nhất d 0 . Mỗi chu kỳ chuyển đổi bao gồm hai nửa chu kỳ. Trong nửa chu kỳ đầu tụ điện VỚI 1 lần sạc vào điện áp tham chiếu bạn làm việc tại d 0 = 1 bằng cách đóng phím S 1 hoặc xả về 0 tại d 0 = 0 bằng cách đóng phím S 2. Trong nửa chu kỳ thứ hai với các phím mở S 1 ,S 2 và S 4 phím đóng lại S 3, làm cho điện tích chia đôi giữa VỚI 1 và VỚI 2. Kết quả là chúng tôi nhận được

bạn 1 (0)=bạn ra (0)=( d 0 /2)bạn op

Khi ở trên tụ điện VỚI 2 lần sạc được duy trì, quy trình sạc tụ điện VỚI 1 phải được lặp lại cho chữ số tiếp theo d 1 từ đầu vào. Sau một chu kỳ nạp điện mới, điện áp trên tụ sẽ là

Việc chuyển đổi được thực hiện theo cách tương tự đối với các bit còn lại của từ. Kết quả là cho N-bit DAC điện áp đầu ra sẽ bằng

Nếu bạn muốn lưu kết quả chuyển đổi trong thời gian dài, bạn nên kết nối UVH với đầu ra của mạch. Sau khi kết thúc chu kỳ chuyển đổi, bạn nên thực hiện chu trình lấy mẫu, chuyển UVH sang chế độ lưu trữ và bắt đầu lại quá trình chuyển đổi.

Do đó, mạch được trình bày sẽ biến đổi mã đầu vào thành 2 N lượng tử, ít hơn đáng kể so với lượng tử của DAC DAC. Ở đây chỉ cần hai tụ điện nhỏ phù hợp. Cấu hình phần tương tự của mạch không phụ thuộc vào độ sâu bit của mã được chuyển đổi. Tuy nhiên, về tốc độ, DAC nối tiếp kém hơn đáng kể so với các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự song song, điều này làm hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.

Hầu hết các mạch DAC song song đều dựa trên tổng các dòng điện, cường độ của mỗi dòng tỷ lệ thuận với trọng lượng của bit nhị phân kỹ thuật số và chỉ nên tính tổng các dòng bit có giá trị bằng 1. Ví dụ: giả sử bạn muốn để chuyển đổi mã nhị phân 4 bit thành tín hiệu dòng điện tương tự. Trọng số của chữ số thứ tư, chữ số có ý nghĩa nhất (MSD) sẽ là 2 3 =8, chữ số thứ ba - 2 2 =4, chữ số thứ hai - 2 1 =2 và chữ số ít ý nghĩa nhất (LSB) - 2 0 =1. Nếu trọng lượng của SZR I MZR = 1 mA thì I SZR = 8 mA và dòng điện đầu ra tối đa của bộ chuyển đổi I out.max = 15 mA và tương ứng với mã 1111 2. Rõ ràng là mã 1001 2 chẳng hạn sẽ tương ứng với I out = 9 mA, v.v. Do đó, cần phải xây dựng một mạch đảm bảo việc tạo và chuyển đổi dòng điện cân chính xác theo các định luật đã cho. Mạch đơn giản nhất thực hiện nguyên tắc này được thể hiện trong hình. 3.

Điện trở của các điện trở được chọn sao cho khi đóng các công tắc, một dòng điện tương ứng với trọng lượng phóng điện sẽ chạy qua chúng. Khóa phải được đóng khi bit tương ứng của từ đầu vào bằng một. Dòng điện đầu ra được xác định bởi mối quan hệ

Với dung lượng bit cao của DAC, các điện trở cài đặt dòng điện phải được kết hợp với độ chính xác cao. Các yêu cầu về độ chính xác nghiêm ngặt nhất được áp dụng đối với các điện trở có chữ số cao nhất, vì độ phân tán dòng điện trong chúng không được vượt quá dòng điện của chữ số bậc thấp. Do đó, độ phân tán điện trở ở lần phóng điện thứ k phải nhỏ hơn

Từ điều kiện này, suy ra rằng độ rộng của điện trở, ví dụ, ở chữ số thứ tư không được vượt quá 3% và ở chữ số thứ 10 - 0,05%, v.v.

Sơ đồ được xem xét, vì tất cả sự đơn giản của nó, có rất nhiều nhược điểm. Thứ nhất, đối với các mã đầu vào khác nhau, dòng điện tiêu thụ từ nguồn điện áp tham chiếu (RPS) sẽ khác nhau và điều này sẽ ảnh hưởng đến giá trị của điện áp đầu ra RES. Thứ hai, giá trị điện trở của các điện trở trọng lượng có thể khác nhau hàng nghìn lần và điều này khiến việc triển khai các điện trở này trong IC bán dẫn trở nên rất khó khăn. Ngoài ra, điện trở của các điện trở bậc cao trong DAC nhiều bit có thể tương đương với điện trở của công tắc đóng và điều này sẽ dẫn đến lỗi chuyển đổi. Thứ ba, trong mạch này, điện áp đáng kể được đặt vào các công tắc mở, điều này làm phức tạp việc xây dựng chúng.

Những thiếu sót này đã được loại bỏ trong mạch DAC AD7520 (tương tự trong nước 572PA1), được phát triển bởi Analog Devices vào năm 1973, hiện đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp về cơ bản (nhiều mẫu DAC nối tiếp được sản xuất theo nó). Sơ đồ được chỉ định được hiển thị trong Hình. 4. Ở đây sử dụng bóng bán dẫn MOS làm công tắc.

Cơm. 4. Mạch DAC có công tắc và ma trận trở kháng không đổi

Trong mạch này, việc thiết lập hệ số trọng số của các tầng chuyển đổi được thực hiện bằng cách chia tuần tự điện áp tham chiếu bằng ma trận điện trở có trở kháng không đổi. Thành phần chính của ma trận như vậy là một bộ chia điện áp (Hình 5), phải thỏa mãn điều kiện sau: nếu nó được nạp điện trở R n thì điện trở đầu vào R của nó cũng phải lấy giá trị R n. Hệ số suy yếu chuỗi a=U 2 /U 1 ở tải trọng này phải có giá trị cho trước. Khi các điều kiện này được đáp ứng, chúng ta thu được các biểu thức sau cho điện trở:

Với mã hóa nhị phân a = 0,5. Nếu chúng ta đặt R n =2R thì R s =R và R p =2R theo Hình 4.

Vì ở bất kỳ vị trí nào của các công tắc S k, chúng kết nối các đầu cuối phía dưới của điện trở với bus mạch chung, nên nguồn điện áp tham chiếu được nạp với điện trở đầu vào không đổi Rin = R. Điều này đảm bảo rằng điện áp tham chiếu không thay đổi đối với bất kỳ mã đầu vào DAC nào.

Theo hình. 4, dòng điện đầu ra của mạch được xác định bởi mối quan hệ

và dòng điện đầu vào

Vì các cực dưới của điện trở 2R của ma trận, ở bất kỳ trạng thái nào của các công tắc S k, được kết nối với bus mạch chung thông qua điện trở thấp của các công tắc đóng, nên điện áp trên các công tắc luôn nhỏ, trong khoảng vài milivolt. . Điều này giúp đơn giản hóa việc xây dựng các công tắc và mạch điều khiển, đồng thời cho phép sử dụng điện áp tham chiếu trong phạm vi rộng, bao gồm các cực khác nhau. Vì dòng điện đầu ra của DAC phụ thuộc tuyến tính vào U op (xem (8)), nên các bộ chuyển đổi loại này có thể được sử dụng để nhân tín hiệu tương tự (áp dụng cho đầu vào điện áp tham chiếu) với mã kỹ thuật số. Các DAC như vậy được gọi là DAC nhân (MDAC).

Độ chính xác của mạch này bị giảm đi do đối với các DAC có dung lượng bit cao, cần phải khớp điện trở R 0 của các công tắc với dòng điện bit. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khóa bậc cao. Ví dụ: trong AD7520 DAC 10 bit, các MOSFET chính của sáu bit quan trọng nhất được làm khác nhau về diện tích và điện trở R0 của chúng tăng theo mã nhị phân (20, 40, 80, :, 640 Ohms). Bằng cách này, điện áp rơi trên các công tắc của sáu bit đầu tiên được cân bằng (lên đến 10 mV), đảm bảo tính đơn điệu và tuyến tính của đáp ứng nhất thời DAC. DAC 572PA2 12 bit có độ phi tuyến vi sai lên tới 0,025% (1 LSB).

DAC dựa trên công tắc MOS có hiệu suất tương đối thấp do điện dung đầu vào của công tắc MOS lớn. 572PA2 tương tự có thời gian ổn định dòng điện đầu ra khi thay đổi mã đầu vào từ 000...0 thành 111...1, bằng 15 μs. DAC7611 12-bit Burr-Braun có thời gian ổn định điện áp đầu ra là 10 µs. Đồng thời, DAC dựa trên công tắc MOS có mức tiêu thụ điện năng tối thiểu. DAC7611 tương tự chỉ tiêu thụ 2,5 mW. Gần đây, các mẫu DAC thuộc loại nói trên đã xuất hiện với hiệu suất cao hơn. Do đó, AD7943 12 bit có thời gian xử lý hiện tại là 0,6 μs và mức tiêu thụ điện năng chỉ 25 μW. Khả năng tự tiêu thụ thấp cho phép các DAC công suất cực nhỏ như vậy được cấp nguồn trực tiếp từ nguồn điện áp tham chiếu. Hơn nữa, chúng thậm chí có thể không có chân để kết nối ION, chẳng hạn như AD5321.

DAC trên các nguồn hiện tại

DAC dựa trên nguồn hiện tại có độ chính xác cao hơn. Không giống như phiên bản trước, trong đó dòng điện trọng lượng được hình thành bởi các điện trở có điện trở tương đối thấp và do đó phụ thuộc vào điện trở của công tắc và tải, trong trường hợp này dòng điện trọng lượng được cung cấp bởi các nguồn dòng điện bán dẫn có động năng cao. sức chống cự. Một mạch đơn giản hóa của DAC sử dụng nguồn dòng điện được thể hiện trong hình 2. 6.

Cơm. 6. Mạch DAC trên nguồn dòng

Dòng trọng lượng được tạo ra bằng ma trận điện trở. Điện thế của các đế của bóng bán dẫn là như nhau, và để điện thế của các bộ phát của tất cả các bóng bán dẫn bằng nhau thì diện tích của các bộ phát của chúng được làm khác nhau tùy theo hệ số trọng số. Điện trở bên phải của ma trận không được kết nối với bus chung, như trong sơ đồ trong Hình. 4 và hai bóng bán dẫn giống hệt nhau VT 0 và VT n được mắc song song, do đó dòng điện qua VT 0 bằng một nửa dòng điện qua VT 1. Điện áp đầu vào cho ma trận điện trở được tạo ra bằng cách sử dụng bóng bán dẫn tham chiếu VT op và bộ khuếch đại hoạt động OU1, điện áp đầu ra được đặt sao cho dòng thu của bóng bán dẫn VT op có giá trị I op. Dòng điện đầu ra cho DAC N-bit

Các ví dụ điển hình về DAC dựa trên các công tắc dòng điện có bóng bán dẫn lưỡng cực làm công tắc là 594PA1 12 bit với thời gian xử lý là 3,5 μs và sai số tuyến tính không quá 0,012% và AD565 12 bit, có thời gian xử lý là 0,2 μs có cùng sai số tuyến tính. AD668 thậm chí còn có hiệu suất cao hơn, với thời gian xử lý là 90 ns và cùng lỗi tuyến tính. Trong số những phát triển mới, chúng ta có thể lưu ý đến AD9764 14 bit với thời gian xử lý là 35 ns và sai số tuyến tính không quá 0,01%. Các tầng vi sai lưỡng cực trong đó các bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ tích cực thường được sử dụng làm công tắc dòng điện S k. Điều này cho phép thời gian xử lý giảm xuống còn vài nano giây. Mạch chuyển đổi dòng điện cho bộ khuếch đại vi sai được hiển thị trong Hình 2. 7.

Dòng vi sai VT 1 -VT 3 và VT" 1 -VT" 3 được hình thành từ các van ESL tiêu chuẩn. Dòng điện I k chạy qua cực thu của bộ phát đầu ra là dòng điện đầu ra của tế bào. Nếu đặt một điện áp mức cao vào đầu vào kỹ thuật số D k thì bóng bán dẫn VT 3 sẽ mở và bóng bán dẫn VT" 3 đóng lại. Dòng điện đầu ra được xác định bằng biểu thức

Độ chính xác tăng lên đáng kể nếu điện trở R e được thay thế bằng nguồn dòng điện một chiều, như trong mạch ở hình 2. 6. Do tính đối xứng của mạch, có thể tạo ra hai dòng điện đầu ra - một chiều và nghịch đảo. Các mẫu DAC nhanh nhất như vậy có mức đầu vào ESL. Một ví dụ là MAX555 12 bit, có thời gian xử lý là 4 ns đến mức 0,1%. Vì tín hiệu đầu ra của các DAC như vậy bao trùm dải tần số vô tuyến nên chúng có trở kháng đầu ra là 50 hoặc 75 ohm, phải phù hợp với trở kháng đặc tính của cáp kết nối với đầu ra của bộ chuyển đổi.

ĐẮC ỨNG DỤNG

Các sơ đồ sử dụng bộ chuyển đổi số sang tương tự không chỉ liên quan đến lĩnh vực chuyển đổi mã sang tương tự. Sử dụng các thuộc tính của chúng, bạn có thể xác định tích của hai hoặc nhiều tín hiệu, xây dựng các bộ chia chức năng, các liên kết tương tự được điều khiển bởi bộ vi điều khiển, chẳng hạn như bộ suy giảm, bộ tích hợp. Bộ tạo tín hiệu, bao gồm cả dạng sóng tùy ý, cũng là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của DAC. Dưới đây là một số mạch xử lý tín hiệu bao gồm bộ chuyển đổi D-A.

Xử lý số đã ký

Cho đến nay, khi mô tả các bộ chuyển đổi số sang tương tự, thông tin số đầu vào được biểu diễn dưới dạng số tự nhiên (đơn cực). Xử lý số nguyên (lưỡng cực) có một số tính năng nhất định. Thông thường, số nguyên nhị phân được biểu diễn bằng mã bù hai. Bằng cách này, sử dụng tám chữ số, bạn có thể biểu thị các số trong phạm vi từ -128 đến +127. Khi nhập số vào DAC, dãy số này được chuyển sang 0...255 bằng cách cộng 128. Các số lớn hơn 128 được coi là dương và các số nhỏ hơn 128 được coi là âm. Số trung bình 128 tương ứng với số không. Việc biểu diễn các số có dấu này được gọi là mã dịch chuyển. Việc thêm một số bằng một nửa thang đo đầy đủ của một bit nhất định (trong ví dụ của chúng tôi là 128) có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách đảo ngược bit (dấu) quan trọng nhất. Sự tương ứng của các mã được xem xét được minh họa trong Bảng. 1.

Bảng 1

Mối quan hệ giữa đại lượng số và đại lượng analog

Để thu được tín hiệu đầu ra có dấu đúng, cần phải dịch chuyển ngược bằng cách trừ đi dòng điện hoặc điện áp bằng một nửa thang đo của bộ chuyển đổi. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau đối với các loại DAC khác nhau. Ví dụ, với DAC dựa trên nguồn dòng điện, phạm vi biến đổi của điện áp tham chiếu bị hạn chế và điện áp đầu ra có cực tính ngược với cực tính của điện áp tham chiếu. Trong trường hợp này, chế độ lưỡng cực được thực hiện đơn giản nhất bằng cách thêm một điện trở phân cực R cm bổ sung giữa đầu ra DAC và đầu vào điện áp tham chiếu (Hình 8a). Điện trở R cm được chế tạo trên chip IC. Điện trở của nó được chọn sao cho dòng điện I cm bằng một nửa giá trị tối đa của dòng điện đầu ra DAC.

Về nguyên tắc, vấn đề sai lệch dòng điện đầu ra có thể được giải quyết tương tự đối với các DAC dựa trên công tắc MOS. Để làm điều này, bạn cần đảo ngược điện áp tham chiếu, sau đó tạo ra dòng điện phân cực từ -U op, dòng điện này sẽ được trừ khỏi dòng điện đầu ra DAC. Tuy nhiên, để duy trì sự ổn định nhiệt độ, tốt hơn hết là đảm bảo rằng dòng điện phân cực được tạo ra trực tiếp trong DAC. Để làm điều này, trong sơ đồ trong hình. Trong Hình 8a, bộ khuếch đại hoạt động thứ hai được giới thiệu và đầu ra thứ hai của DAC được kết nối với đầu vào của op-amp này (Hình 8b).

Dòng điện đầu ra DAC thứ hai,

Ở đầu vào của op-amp1, dòng I"out được tính tổng bằng dòng I mr, tương ứng với đơn vị chữ số có nghĩa nhỏ nhất của mã đầu vào.

Tổng dòng điện bị đảo ngược. Dòng điện chạy qua điện trở phản hồi R os OU2 là

Hoặc

Tại

và khi

Trong trường hợp N=8, điều này trùng khớp với dữ liệu trong bảng với hệ số 2. 6, có tính đến thực tế là đối với bộ chuyển đổi dựa trên MOS, sẽ chuyển dòng điện đầu ra tối đa

Nếu điện trở R2 có điện trở phù hợp thì sự thay đổi tuyệt đối về giá trị của chúng khi có sự dao động nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của mạch.

Đối với các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có tín hiệu đầu ra ở dạng điện áp, được xây dựng trên ma trận điện trở nghịch đảo (xem Hình 9), chế độ lưỡng cực có thể được thực hiện dễ dàng hơn (Hình 8c). Thông thường, các DAC như vậy chứa bộ khuếch đại đệm đầu ra trên chip. Để vận hành DAC theo kết nối đơn cực, đầu cực tự do của điện trở R phía dưới trong mạch không được kết nối hoặc được kết nối với một điểm chung trong mạch để tăng gấp đôi điện áp đầu ra. Để hoạt động ở kết nối lưỡng cực, đầu ra tự do của điện trở này được kết nối với đầu vào điện áp tham chiếu của DAC. Trong trường hợp này, op-amp hoạt động ở chế độ kết nối vi sai và điện áp đầu ra của nó

Như đã đề cập ở trên, bộ chuyển đổi D-A dựa trên công tắc MOS cho phép thay đổi điện áp tham chiếu trong phạm vi rộng, bao gồm cả thay đổi về cực tính. Điện áp đầu ra DAC tỷ lệ thuận với tích của điện áp tham chiếu và mã kỹ thuật số đầu vào. Trường hợp này cho phép sử dụng trực tiếp các DAC như vậy để nhân tín hiệu tương tự với mã kỹ thuật số.

Khi DAC được kết nối đơn cực, tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với tích của tín hiệu analog lưỡng cực và mã kỹ thuật số đơn cực. Một số nhân như vậy được gọi là số nhân hai góc phần tư. Khi DAC được kết nối lưỡng cực (Hình 8b và 8c), tín hiệu đầu ra tỷ lệ với tích của tín hiệu analog lưỡng cực và mã kỹ thuật số lưỡng cực. Mạch này có thể hoạt động như một hệ số nhân bốn góc phần tư.

Việc chia điện áp đầu vào theo thang đo kỹ thuật số M D =D/2 N được thực hiện bằng mạch chia hai góc phần tư (Hình 9).

Trong sơ đồ ở hình. Như được hiển thị trong Hình 9a, bộ chuyển đổi công tắc MOS có đầu ra dòng điện hoạt động như một bộ chuyển đổi điện áp sang dòng điện được điều khiển bởi mã D và được bao gồm trong mạch phản hồi op-amp. Điện áp đầu vào được đưa vào cực tự do của điện trở phản hồi DAC nằm trên chip IC.

Trong mạch này, dòng điện đầu ra của DAC là

rằng khi điều kiện R os = R được đáp ứng, nó cho kết quả

Cần lưu ý rằng với mã "tất cả số không", phản hồi sẽ được mở. Chế độ này có thể được ngăn chặn bằng cách vô hiệu hóa mã đó trong phần mềm hoặc bằng cách kết nối một điện trở có điện trở bằng R·2 N+1 giữa đầu ra và đầu vào đảo ngược của op-amp.

Mạch chia dựa trên DAC có đầu ra điện áp được xây dựng trên ma trận điện trở nghịch đảo và bao gồm cả op-amp đệm được hiển thị trong Hình. 9b. Điện áp đầu ra và đầu vào của mạch này được liên hệ bởi phương trình

điều này nghĩa là .

Trong mạch này, bộ khuếch đại được bao phủ bởi cả phản hồi dương và âm. Để phản hồi tiêu cực chiếm ưu thế (nếu không op-amp sẽ biến thành bộ so sánh), điều kiện D phải được đáp ứng<2 N-1 или M D <1/2. Это ограничивает значение входного кода нижней половиной шкалы.

ĐẮC THÔNG SỐ

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 trọng số nhỏ nhất (EMP), 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 (Hình 10), tương ứng với đặc tính biến 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.

Cơm. 10 Đặc tính tĩnh của chuyển đổi DAC

Thông số tĩnh

Độ phân giải - tăng U ra khi chuyển đổi các giá trị liền kề D j, tức là. khác nhau trên EMR. Sự gia tăng này là bước lượng tử hóa. Đối với mã chuyển đổi nhị phân, giá trị danh định của bước lượng tử hóa là h=U psh /(2 N -1), trong đó U psh là điện áp đầu ra tối đa danh nghĩa của DAC (điện áp toàn thang đo), N là dung lượng bit của ĐẮC. Độ sâu bit của bộ chuyển đổi càng cao thì độ phân giải của nó càng cao. Sai số toàn thang là sự khác biệt tương đối giữa giá trị thực tế và lý tưởng của giới hạn thang chuyển đổi trong trường hợp không có độ lệch bằng 0.

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

Lỗi bù 0 - giá trị của 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:

Độ phi tuyến là độ lệch tối đa của đặc tính chuyển đổi thực tế U out (D) so với đặc tính tối ưu (dòng 2 trong Hình 10). 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. 10

Độ phi tuyến vi sai là 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 mã đầu vào này sang một giá trị mã đầu vào khác liền kề. Thường được xác định theo đơn vị tương đối hoặc trong EMR. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 10,

Tính đơn điệu của đặc tính chuyển đổi là sự tăng (giảm) điện áp đầu ra của DAC U out với sự tăng (giảm) trong mã đầu vào D. Nếu độ phi tuyến vi sai lớn hơn bước lượng tử hóa tương đối h/U psh, thì đặc tính của bộ chuyển đổi là không đơn điệu.

Độ không ổn định nhiệt độ của bộ chuyển đổi DA được đặc trưng bởi các hệ số nhiệt độ của sai số toàn thang đo và sai số 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.

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 11).

Cơm. 11. Đáp ứng nhất thời của DAC

Thời gian thiết lập là khoảng thời gian kể từ thời điểm mã đầu vào thay đổi (trong Hình 11 t=0) cho đến thời điểm thỏa mãn đẳng thức lần cuối cùng

|U ra -U psh |=d/2,

với d/2 thường tương ứng với EMP.

Tốc độ xoay - tốc độ thay đổi tối đa của U out (t) trong quá trình nhất thời. Nó được định nghĩa là tỷ lệ của khoảng tăng DU với thời gian Dt trong đó khoảng tăng này xảy ra. Thường được quy định trong thông số kỹ thuật của DAC với tín hiệu điện áp đầu ra. Đối với DAC có đầu ra dòng điện, 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.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐƯỢC SỬ DỤNG

1. Vi mạch Federkov B.G., Telets V.A., DAC và ADC: hoạt động, thông số, ứng dụng. M.: Energoizdat, 1990. –320 tr.

2. Valakh V.V., Grigoriev V.F., ADC tốc độ cao để đo hình dạng của tín hiệu ngẫu nhiên M.: Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. 1987. Số 4 tr.86-90

3. Mạch tích hợp DAC và ADC tốc độ cao và đo các thông số của chúng. Marcinkavyuches biên tập. M.: Đài phát thanh và truyền thông. 1988 –224 trang. ©

Tín hiệu tương tự được đặc trưng bởi nhiều thông số kỹ thuật, một trong số đó là: Ví dụ, tai người nghe được tín hiệu có tần số trong khoảng từ 1 đến 22 kHz và ánh sáng nhìn thấy có tần số đo bằng hàng tỷ hertz. Một ví dụ về ghi tín hiệu analog là bản ghi máy hát. Những bức ảnh, đầu tiên là đen trắng, sau đó là màu, cũng là một ví dụ về việc ghi tín hiệu analog.

Hầu như luôn luôn đáng để nói một vài lời về nó sau đó, để nhiệm vụ mà các thiết bị chúng tôi đang xem xét được giải quyết rõ ràng hơn.

ADC chuyển đổi sang kỹ thuật số. Thông thường, số tương ứng với cường độ của tín hiệu tại thời điểm đo được biểu thị bằng mã nhị phân. Mỗi phép đo được thực hiện ở một tần số cụ thể, được gọi là tần số lượng tử hóa.

Tần số lượng tử hóa tối thiểu đảm bảo tái tạo tín hiệu không bị biến dạng là hợp lý về mặt lý thuyết. Tín hiệu này không bị biến dạng và phải được khôi phục ở đầu ra của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Tần số lượng tử hóa phải bằng ít nhất hai tần số tối đa của tín hiệu được chuyển đổi. Ví dụ: để chuyển đổi tín hiệu âm thanh không bị biến dạng, tần số lượng tử hóa 44 kHz là đủ.

Bây giờ rõ ràng là nó có một chuỗi mã nhị phân ở đầu vào, nó phải chuyển đổi thành tín hiệu tương tự tương ứng.

Độ tin cậy hoạt động và tuổi thọ sử dụng cũng được bao gồm trong các chỉ số, nhưng các thông số này không phụ thuộc vào nguyên lý hoạt động của DAC mà phụ thuộc vào cơ sở phần tử và chất lượng xây dựng. Bất kể nguyên tắc chuyển đổi như thế nào, bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự đều được phân biệt bằng các đặc điểm như dải động, độ chính xác chuyển đổi và thời gian.

Dải động được xác định cho đầu vào và đầu ra của DAC theo tỷ lệ giữa giá trị tối đa ở đầu vào (đầu ra) và giá trị đầu vào (đầu ra) tối thiểu.

Một trong những tham số thời gian là nghịch đảo của tần số lượng tử hóa, được gọi là chu kỳ lượng tử hóa. Rõ ràng là đối với DAC, giá trị này được đặt bởi ADC mà tín hiệu được chuyển đổi.

Đại lượng chính đặc trưng cho hiệu suất của DAC là thời gian chuyển đổi. Ở đây bạn phải lựa chọn: thời gian chuyển đổi dài hơn có nghĩa là DAC chính xác hơn, nhưng tốc độ của nó thấp hơn và ngược lại.

Hãy xem xét một số nguyên tắc chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự mà không cần đưa ra công thức và sơ đồ. Có hai nguyên tắc chuyển đổi - tuần tự và song song.

Bộ chuyển đổi số sang tương tự chuyển đổi chuỗi mã số ở đầu vào thành chuỗi xung hình chữ nhật ở đầu ra. Độ rộng xung và khoảng thời gian tiếp theo cho đến xung tiếp theo được xác định tùy thuộc vào giá trị của mã nhị phân đến. Do đó, ở đầu ra của bộ lọc thông thấp, tín hiệu tương tự thu được từ các xung đến đầu vào với chu kỳ thay đổi.

Ví dụ, việc chuyển đổi song song được thực hiện bằng cách sử dụng các điện trở được kết nối song song với nguồn điện ổn định. Số lượng điện trở bằng độ sâu bit của mã đến đầu vào. Giá trị điện trở ở loại bậc cao nhỏ hơn 2 lần so với loại bậc thấp trước đó. Có một chìa khóa trong mạch của mỗi điện trở. Mã đầu vào điều khiển các phím - trong đó 1 là dòng điện chạy qua. Do đó, trong các mạch, dòng điện sẽ được xác định bởi trọng lượng của dòng phóng điện và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự ở đầu ra có tổng dòng điện sẽ tương ứng với mã nhị phân được ghi.

Giữa thế giới số rời rạc và tín hiệu analog.

YouTube bách khoa toàn thư

1 / 3

✪ Bài 26. Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang analog R-2R

✪ DAC ADC song song

✪ Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự

phụ đề

Ứng dụng

DAC được sử dụng bất cứ khi nào cần chuyển đổi tín hiệu từ dạng kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự, chẳng hạn như trong đầu phát CD (Audio CD).

các loại DAC

Các loại DAC điện tử phổ biến nhất là:

Bộ điều biến độ rộng xung- loại DAC đơn giản nhất. Một nguồn dòng điện hoặc điện áp ổn định được bật định kỳ trong một thời gian tỷ lệ thuận với mã kỹ thuật số được chuyển đổi, sau đó chuỗi xung thu được được lọc bằng bộ lọc thông thấp tương tự. Phương pháp này thường được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ điện và cũng đang trở nên phổ biến trong các thiết bị âm thanh Hi-Fi;

DAC quá mức, chẳng hạn như DAC delta-sigma, dựa trên mật độ xung thay đổi. Lấy mẫu quá mức cho phép bạn sử dụng DAC có độ sâu bit thấp hơn để đạt được độ sâu bit cao hơn của chuyển đổi cuối cùng; Thông thường, DAC delta-sigma được xây dựng trên cơ sở DAC một bit đơn giản, thực tế là tuyến tính. DAC bit thấp nhận tín hiệu xung với mật độ xung được điều chế(với thời lượng xung không đổi, nhưng có chu kỳ nhiệm vụ thay đổi), được tạo bằng phản hồi âm. Phản hồi tiêu cực hoạt động như một bộ lọc thông cao cho nhiễu lượng tử hóa.

Hầu hết các DAC bit lớn (hơn 16 bit) đều được xây dựng theo nguyên tắc này do tính tuyến tính cao và chi phí thấp. Tốc độ của DAC delta-sigma đạt tới hàng trăm nghìn mẫu/giây, độ sâu bit lên tới 24 bit. Để tạo ra tín hiệu được điều chế mật độ xung, có thể sử dụng bộ điều biến delta-sigma bậc một hoặc bậc cao hơn như MASH (Định hình nhiễu nhiều giai đoạn). Việc tăng tần số lấy mẫu lại sẽ làm giảm bớt các yêu cầu đối với bộ lọc thông thấp đầu ra và cải thiện khả năng khử nhiễu lượng tử hóa;

Loại cân DAC, trong đó mỗi bit của mã nhị phân được chuyển đổi tương ứng với một điện trở hoặc nguồn dòng điện được kết nối với một điểm tổng chung. Dòng điện nguồn (độ dẫn của điện trở) tỷ lệ thuận với trọng lượng của bit mà nó tương ứng. Do đó, tất cả các bit khác 0 của mã đều được thêm vào trọng số. Phương pháp cân là một trong những phương pháp nhanh nhất, nhưng nó có đặc điểm là độ chính xác thấp do cần một bộ nhiều nguồn hoặc điện trở có độ chính xác khác nhau và trở kháng thay đổi. Vì lý do này, DAC cân có độ rộng tối đa là 8 bit;

Đặc trưng

DAC được đặt ở đầu đường dẫn tương tự của bất kỳ hệ thống nào, do đó, các tham số của DAC quyết định phần lớn các tham số của toàn bộ hệ thống. Sau đây là những đặc điểm quan trọng nhất của DAC.

Tốc độ lấy mẫu tối đa- tần số tối đa mà DAC có thể hoạt động, tạo ra kết quả chính xác ở đầu ra. Theo định lý Kotelnikov, để tái tạo chính xác tín hiệu tương tự từ dạng số, tần số lấy mẫu phải không nhỏ hơn hai lần tần số tối đa trong phổ tín hiệu. Ví dụ: để tái tạo toàn bộ dải tần âm thanh mà con người nghe được, phổ của dải này mở rộng đến 20 kHz, tín hiệu âm thanh cần phải được lấy mẫu ở tần số ít nhất là 40 kHz. Tiêu chuẩn Audio CD đặt tần số lấy mẫu âm thanh thành 44,1 kHz; Để tái tạo tín hiệu này, bạn sẽ cần một DAC có khả năng hoạt động ở tần số này. Trong card âm thanh máy tính giá rẻ, tần số lấy mẫu là 48 kHz. Tín hiệu được lấy mẫu ở các tần số khác được lấy mẫu lại thành 48 kHz, điều này làm giảm một phần chất lượng tín hiệu.

Đặc tính tĩnh:
- DNL (phi tuyến vi phân) - mô tả mức tăng tín hiệu tương tự thu được bằng cách tăng mã thêm 1 bit có ý nghĩa nhỏ nhất (LSB) khác với giá trị chính xác;
- INL (phi tuyến tính tích phân) - mô tả mức độ khác biệt của đặc tính truyền của DAC so với đặc tính lý tưởng. Đặc tính lý tưởng là tuyến tính chặt chẽ; INL cho biết điện áp ở đầu ra DAC của một mã nhất định cách xa đặc tính tuyến tính bao xa; thể hiện ở mức lương tối thiểu;
- nhận được;
- Thiên kiến.

Đặc điểm tần số:
- SNDR (tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm + độ méo) - đặc trưng bằng decibel tỷ lệ giữa công suất tín hiệu đầu ra trên tổng công suất của nhiễu và biến dạng sóng hài;
- HDi (hệ số sóng hài thứ i) - đặc trưng cho tỷ lệ giữa sóng hài thứ i và sóng hài cơ bản;
- THD (biến dạng sóng hài) là tỷ lệ giữa tổng công suất của tất cả các sóng hài (trừ sóng hài đầu tiên) với công suất của sóng hài đầu tiên.

Bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số(ADC, tiếng Anh Analog-to-digital Converter, ADC) là thiết bị chuyển đổi tín hiệu analog đầu vào thành mã rời rạc (tín hiệu số). Việc chuyển đổi ngược lại được thực hiện bằng cách sử dụng DAC (Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, DAC).

Thông thường, ADC là một thiết bị điện tử chuyển đổi điện áp thành mã kỹ thuật số nhị phân. Tuy nhiên, một số thiết bị phi điện tử có đầu ra kỹ thuật số cũng nên được phân loại là ADC, chẳng hạn như một số loại bộ chuyển đổi góc sang mã. ADC nhị phân một bit đơn giản nhất là bộ so sánh.

Sự cho phép

Độ phân giải của ADC—sự thay đổi tối thiểu về cường độ của tín hiệu tương tự có thể được chuyển đổi bởi một ADC nhất định—có liên quan đến dung lượng bit của nó. Trong trường hợp phép đo đơn lẻ không tính đến nhiễu, độ phân giải được xác định trực tiếp bởi dung lượng bit của ADC.

Công suất ADC đặc trưng cho số lượng giá trị riêng biệt mà bộ chuyển đổi có thể tạo ra ở đầu ra. Trong ADC nhị phân, nó được đo bằng bit, trong ADC bậc ba, nó được đo bằng trit. Ví dụ: ADC 8 bit nhị phân có khả năng tạo ra 256 giá trị rời rạc (0...255), vì , ADC 8 bit nhị phân có khả năng tạo ra 6561 giá trị rời rạc, vì .

Độ phân giải điện áp bằng chênh lệch giữa các điện áp tương ứng với mã đầu ra tối đa và tối thiểu, chia cho số giá trị rời rạc đầu ra. Ví dụ:

Phạm vi đầu vào = 0 đến 10 volt

Dung lượng ADC nhị phân 12 bit: 212 = 4096 mức lượng tử hóa

Độ phân giải điện áp ADC nhị phân: (10-0)/4096 = 0,00244 volt = 2,44 mV

Dung lượng bit của ADC 3 trit ternary: 312 = 531.441 mức lượng tử hóa

Độ phân giải điện áp ADC bậc ba: (10-0)/531441 = 0,0188 mV = 18,8 µV

Dải đầu vào = −10 đến +10 volt

Dung lượng ADC nhị phân 14 bit: 214 = 16384 mức lượng tử hóa

Độ phân giải điện áp ADC nhị phân: (10-(-10))/16384 = 20/16384 = 0,00122 volt = 1,22 mV

Dung lượng bit của ADC 14 trit bậc ba: 314 = 4.782.969 mức lượng tử hóa

Độ phân giải điện áp ADC bậc ba: (10-(-10))/4782969 = 0,00418 mV = 4,18 µV

Trong thực tế, độ phân giải của ADC bị giới hạn bởi tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của tín hiệu đầu vào. Khi cường độ nhiễu ở đầu vào ADC cao, việc phân biệt giữa các mức tín hiệu đầu vào liền kề trở nên không thể, nghĩa là độ phân giải bị giảm sút. Trong trường hợp này, độ phân giải thực tế có thể đạt được được mô tả bằng số bit hiệu dụng (ENOB), nhỏ hơn dung lượng bit thực tế của ADC. Khi chuyển đổi tín hiệu có độ nhiễu cao, các bit bậc thấp của mã đầu ra thực tế vô dụng vì chúng chứa nhiễu. Để đạt được độ sâu bit được công bố, tỷ lệ S/N của tín hiệu đầu vào phải xấp xỉ 6 dB cho mỗi bit có độ sâu bit (6 dB tương ứng với sự thay đổi gấp bốn lần về mức tín hiệu).

Các loại chuyển đổi

Theo phương pháp thuật toán được sử dụng, ADC được chia thành:

Tìm kiếm trực tiếp tuần tự

Xấp xỉ liên tiếp

Nối tiếp với điều chế sigma-delta

Giai đoạn đơn song song

Song song hai hoặc nhiều giai đoạn (băng tải)

Đặc tính truyền của ADC là sự phụ thuộc của số tương đương của mã nhị phân đầu ra vào độ lớn của tín hiệu tương tự đầu vào. Họ nói về ADC tuyến tính và phi tuyến tính. Sự phân chia này có điều kiện. Cả hai đặc tính truyền động đều được bước. Nhưng đối với các ADC “tuyến tính”, luôn có thể vẽ một đường thẳng sao cho tất cả các điểm của đặc tính truyền tương ứng với các giá trị đầu vào delta*2^k (trong đó delta là bước lấy mẫu, k nằm trong phạm vi 0. .N, trong đó N là độ sâu bit ADC) cách đều nó.

Sự chính xác

Có một số nguồn gây ra lỗi ADC. Các lỗi lượng tử hóa và tính phi tuyến (giả sử rằng ADC phải tuyến tính) vốn có trong bất kỳ chuyển đổi tương tự sang số nào. Ngoài ra, còn có cái gọi là lỗi khẩu độ, là hậu quả của hiện tượng jitter của bộ tạo xung nhịp, chúng xuất hiện khi chuyển đổi toàn bộ tín hiệu (chứ không chỉ một mẫu).

Những lỗi này được đo bằng đơn vị gọi là LSB - bit ít quan trọng nhất. Trong ví dụ trên về ADC nhị phân 8 bit, sai số trong 1 LSB là 1/256 của toàn dải tín hiệu, tức là 0,4%, trong ADC 3 ngôi 5 trit, sai số trong 1 LSB là 1/243 của phạm vi tín hiệu đầy đủ, nghĩa là 0,412%, trong ADC ternary 8 trite, sai số trong 1 LSB là 1/6561, nghĩa là 0,015%.

Các loại ADC

Sau đây là các phương pháp chính để xây dựng ADC điện tử:

ADC chuyển đổi trực tiếp:

Các ADC chuyển đổi trực tiếp song song, là các ADC song song hoàn toàn, chứa một bộ so sánh cho mỗi mức tín hiệu đầu vào riêng biệt. Tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ các bộ so sánh tương ứng với các mức dưới mức tín hiệu đầu vào mới tạo ra tín hiệu vượt mức ở đầu ra của chúng. Tín hiệu từ tất cả các bộ so sánh đi trực tiếp đến một thanh ghi song song, sau đó mã được xử lý trong phần mềm hoặc đến bộ mã hóa logic phần cứng, tạo ra mã kỹ thuật số cần thiết trong phần cứng tùy thuộc vào mã ở đầu vào bộ mã hóa. Dữ liệu từ bộ mã hóa được ghi vào một thanh ghi song song. Nói chung, tốc độ lấy mẫu của các ADC song song phụ thuộc vào đặc điểm phần cứng của các phần tử logic và tương tự, cũng như tốc độ lấy mẫu được yêu cầu.

ADC chuyển đổi trực tiếp song song là nhanh nhất nhưng thường có độ phân giải không quá 8 bit vì chúng đòi hỏi chi phí phần cứng lớn (bộ so sánh). ADC loại này có kích thước chip rất lớn, điện dung đầu vào cao và có thể tạo ra các lỗi ngắn hạn ở đầu ra. Thường được sử dụng cho video hoặc các tín hiệu tần số cao khác, chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để giám sát các quá trình thay đổi nhanh chóng trong thời gian thực.

Hoạt động đường ống của ADC được sử dụng trong các ADC chuyển đổi trực tiếp nối tiếp song song, trái ngược với chế độ hoạt động thông thường của các ADC chuyển đổi trực tiếp nối tiếp song song, trong đó dữ liệu được truyền sau khi chuyển đổi hoàn toàn; trong vận hành đường ống, dữ liệu chuyển đổi một phần được được truyền đi khi chúng đã sẵn sàng cho đến khi kết thúc quá trình chuyển đổi hoàn toàn.

ADC xấp xỉ liên tiếp, hoặc ADC cân bằng bit, chứa bộ so sánh, DAC phụ trợ và thanh ghi xấp xỉ liên tiếp. ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số theo N bước, trong đó N là độ sâu bit ADC. Ở mỗi bước, một bit của giá trị số mong muốn được xác định, bắt đầu từ SZR và kết thúc bằng LZR. Trình tự các hành động để xác định bit tiếp theo như sau. DAC phụ được đặt thành giá trị tương tự được hình thành từ các bit đã được xác định ở các bước trước; bit phải xác định ở bước này được đặt thành 1, các bit thấp hơn được đặt thành 0. Giá trị thu được tại DAC phụ được so sánh với giá trị analog đầu vào. Nếu giá trị của tín hiệu đầu vào lớn hơn giá trị trên DAC phụ thì bit cần xác định sẽ nhận giá trị 1, nếu không thì 0. Do đó, việc xác định giá trị kỹ thuật số cuối cùng giống như tìm kiếm nhị phân. Loại ADC này vừa có tốc độ cao vừa có độ phân giải tốt. Tuy nhiên, trong trường hợp không có thiết bị lấy mẫu lưu trữ thì sai số sẽ lớn hơn rất nhiều (hãy tưởng tượng rằng sau khi chữ số lớn nhất được số hóa, tín hiệu bắt đầu thay đổi).

ADC mã hóa vi sai (ADC được mã hóa delta) chứa bộ đếm ngược, mã từ đó được gửi đến DAC phụ. Tín hiệu đầu vào và tín hiệu từ DAC phụ được so sánh bằng bộ so sánh. Nhờ phản hồi tiêu cực từ bộ so sánh đến bộ đếm, mã trên bộ đếm liên tục thay đổi để tín hiệu từ DAC phụ khác biệt ít nhất có thể với tín hiệu đầu vào. Sau một thời gian, chênh lệch tín hiệu trở nên nhỏ hơn giá trị tối thiểu và mã bộ đếm được đọc dưới dạng tín hiệu số đầu ra của ADC. ADC loại này có dải tín hiệu đầu vào rất lớn và độ phân giải cao, nhưng thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mặc dù bị hạn chế từ phía trên. Trong trường hợp xấu nhất, thời gian chuyển đổi bằng Tmax=(2q)/fс, trong đó q là dung lượng bit ADC, fс là tần số của bộ tạo xung nhịp đếm. ADC mã hóa vi sai thường là lựa chọn tốt để số hóa các tín hiệu trong thế giới thực, vì hầu hết các tín hiệu trong hệ thống vật lý không có xu hướng thay đổi đột ngột. Một số ADC sử dụng phương pháp kết hợp: mã hóa vi phân và xấp xỉ liên tiếp; điều này đặc biệt hiệu quả trong trường hợp các thành phần tần số cao trong tín hiệu được biết là tương đối nhỏ.

Các ADC so sánh có tín hiệu răng cưa (một số ADC thuộc loại này được gọi là ADC tích hợp, chúng cũng bao gồm các ADC đếm nối tiếp) chứa một bộ tạo điện áp răng cưa (trong ADC đếm nối tiếp, một bộ tạo điện áp bước bao gồm bộ đếm và DAC), bộ so sánh và một bộ đếm thời gian. Tín hiệu răng cưa tăng tuyến tính từ mức dưới lên mức trên, sau đó nhanh chóng giảm xuống mức dưới. Tại thời điểm bắt đầu tăng, bộ đếm thời gian bắt đầu. Khi tín hiệu tăng dần đạt đến mức tín hiệu đầu vào, bộ so sánh sẽ được kích hoạt và dừng bộ đếm; giá trị được đọc từ bộ đếm và cung cấp cho đầu ra ADC. Loại ADC này có cấu trúc đơn giản nhất và chứa số phần tử tối thiểu. Đồng thời, các ADC đơn giản nhất thuộc loại này có độ chính xác khá thấp và nhạy cảm với nhiệt độ cũng như các thông số bên ngoài khác. Để tăng độ chính xác, một bộ tạo đoạn đường nối có thể được chế tạo xung quanh một bộ đếm và một DAC phụ trợ, nhưng cấu trúc này không có ưu điểm nào khác so với các ADC xấp xỉ liên tiếp và các ADC mã hóa vi sai.

ADC có cân bằng điện tích (bao gồm ADC có tích hợp hai giai đoạn, ADC có tích hợp nhiều giai đoạn và một số loại khác) chứa bộ tạo dòng ổn định, bộ so sánh, bộ tích phân dòng, bộ tạo xung nhịp và bộ đếm xung. Sự chuyển đổi xảy ra trong hai giai đoạn (tích hợp hai giai đoạn). Trong giai đoạn đầu tiên, giá trị điện áp đầu vào được chuyển đổi thành dòng điện (tỷ lệ với điện áp đầu vào), được cung cấp cho bộ tích hợp dòng điện, điện tích ban đầu bằng 0. Quá trình này kéo dài trong khoảng thời gian TN, trong đó T là chu kỳ của bộ tạo xung nhịp, N là hằng số (một số nguyên lớn xác định thời gian tích lũy điện tích). Sau thời gian này, đầu vào bộ tích hợp bị ngắt khỏi đầu vào ADC và được kết nối với máy phát dòng điện ổn định. Độ phân cực của máy phát sao cho nó làm giảm điện tích tích lũy trong bộ tích phân. Quá trình phóng điện tiếp tục cho đến khi điện tích trong bộ tích phân giảm xuống bằng không. Thời gian phóng điện được đo bằng cách đếm xung đồng hồ từ thời điểm bắt đầu phóng điện cho đến khi bộ tích hợp đạt mức điện tích bằng 0. Số xung đồng hồ được tính toán sẽ là mã đầu ra ADC. Có thể chỉ ra rằng số xung n đếm được trong thời gian phóng điện bằng: n=UinN(RI0)−1, trong đó Uin là điện áp đầu vào của ADC, N là số xung của tầng tích lũy (đã định nghĩa ở trên), R là điện trở của điện trở chuyển điện áp đầu vào thành dòng điện, I0 là giá trị dòng điện từ máy phát dòng ổn định, phóng điện tích phân ở giai đoạn thứ hai. Do đó, các tham số hệ thống có khả năng không ổn định (chủ yếu là điện dung của tụ tích phân) không được đưa vào biểu thức cuối cùng. Đây là hệ quả của quá trình hai giai đoạn: các lỗi xuất hiện ở giai đoạn thứ nhất và thứ hai sẽ được loại bỏ lẫn nhau. Không có yêu cầu nghiêm ngặt nào ngay cả đối với độ ổn định lâu dài của bộ tạo xung nhịp và điện áp phân cực của bộ so sánh: các tham số này chỉ phải ổn định trong một thời gian ngắn, nghĩa là trong mỗi lần chuyển đổi (không quá 2TN). Trên thực tế, nguyên tắc tích phân hai giai đoạn cho phép tỷ lệ của hai đại lượng tương tự (dòng đầu vào và dòng tham chiếu) được chuyển đổi trực tiếp thành tỷ lệ mã số (n và N theo thuật ngữ được xác định ở trên) mà hầu như không có thêm lỗi nào được đưa ra. Độ rộng điển hình của loại ADC này là 10 đến 18 bit. Một ưu điểm nữa là khả năng xây dựng các bộ chuyển đổi không nhạy cảm với nhiễu định kỳ (ví dụ, nhiễu từ nguồn điện lưới) do tích hợp chính xác tín hiệu đầu vào trong một khoảng thời gian cố định. Nhược điểm của loại ADC này là tốc độ chuyển đổi thấp. ADC cân bằng điện tích được sử dụng trong các thiết bị đo có độ chính xác cao.

ADC có khả năng chuyển đổi trung gian sang tốc độ lặp lại xung. Tín hiệu từ cảm biến đi qua bộ chuyển đổi mức và sau đó qua bộ biến đổi điện áp-tần số. Do đó, đầu vào của mạch logic tự nhận được tín hiệu có đặc tính chỉ là tần số xung. Bộ đếm logic nhận các xung này làm đầu vào trong thời gian lấy mẫu, do đó tạo ra vào cuối thời gian lấy mẫu một tổ hợp mã bằng số với số xung mà bộ chuyển đổi nhận được trong thời gian lấy mẫu. Những ADC như vậy khá chậm và không chính xác lắm, nhưng lại rất đơn giản để thực hiện và do đó có chi phí thấp.

Sigma-delta ADC (còn gọi là delta-sigma ADC) thực hiện chuyển đổi tương tự sang số với tốc độ lấy mẫu cao hơn nhiều lần so với yêu cầu và thông qua quá trình lọc, chỉ để lại dải phổ mong muốn trong tín hiệu.

ADC phi điện tử thường được xây dựng trên cùng một nguyên tắc.

ADC thương mại

Theo quy định, chúng được sản xuất dưới dạng vi mạch.

Đối với hầu hết các ADC, độ sâu bit nằm trong khoảng từ 6 đến 24 bit và tần số lấy mẫu lên tới 1 MHz. ADC Mega- và gigahertz cũng có sẵn (tháng 2 năm 2002). ADC Megahertz được yêu cầu trong máy quay video kỹ thuật số, thiết bị quay video và bộ điều chỉnh TV kỹ thuật số để số hóa tín hiệu video hoàn chỉnh. ADC thương mại thường có sai số đầu ra từ ±0,5 đến ±1,5 LSB.

Một trong những yếu tố làm tăng giá thành chip là số lượng chân, vì chúng buộc gói chip phải lớn hơn và mỗi chân phải được gắn vào khuôn. Để giảm số lượng chân, ADC hoạt động ở tốc độ lấy mẫu thấp thường có giao diện nối tiếp. Việc sử dụng ADC với giao diện nối tiếp thường cho phép tăng mật độ đóng gói và diện tích bo mạch nhỏ hơn.

Thông thường các chip ADC có một số đầu vào tương tự được kết nối trong chip với một ADC thông qua bộ ghép kênh tương tự. Các mô hình ADC khác nhau có thể bao gồm các thiết bị lấy mẫu và giữ, bộ khuếch đại thiết bị hoặc đầu vào vi sai điện áp cao và các mạch tương tự khác.

Ứng dụng khác

Chuyển đổi tương tự sang số được sử dụng ở bất cứ nơi nào cần nhận và xử lý tín hiệu tương tự ở dạng kỹ thuật số.

Các ADC video đặc biệt được sử dụng trong bộ điều chỉnh TV của máy tính, thẻ đầu vào video và máy quay video để số hóa tín hiệu video. Đầu vào micrô và âm thanh đường truyền của máy tính được kết nối với ADC âm thanh.

ADC là một phần không thể thiếu của hệ thống thu thập dữ liệu.

Các ADC xấp xỉ liên tiếp có dung lượng 8-12 bit và ADC sigma-delta có dung lượng 16-24 bit được tích hợp trong các bộ vi điều khiển đơn chip.

Cần có ADC rất nhanh trong máy hiện sóng kỹ thuật số (sử dụng ADC song song và đường ống)

Cân hiện đại sử dụng ADC có độ phân giải lên tới 24 bit, chuyển đổi tín hiệu trực tiếp từ cảm biến đo biến dạng (sigma-delta ADC).

ADC là một phần của modem vô tuyến và các thiết bị truyền dữ liệu vô tuyến khác, nơi chúng được sử dụng cùng với bộ xử lý DSP làm bộ giải điều chế.

ADC cực nhanh được sử dụng trong các hệ thống ăng-ten trạm gốc (được gọi là ăng-ten SMART) và trong mảng ăng-ten radar.

Chuyển đổi công nghệ ky thuật sô (DAC) - một thiết bị để chuyển đổi mã kỹ thuật số (thường là nhị phân) thành tín hiệu tương tự (dòng điện, điện áp hoặc điện tích). Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự là giao diện giữa thế giới kỹ thuật số rời rạc và tín hiệu tương tự.

Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) thực hiện thao tác ngược lại.

DAC âm thanh thường nhận tín hiệu kỹ thuật số ở dạng điều chế mã xung (PCM, điều chế mã xung) làm đầu vào. Nhiệm vụ chuyển đổi các định dạng nén khác nhau sang PCM được thực hiện bởi các codec tương ứng.

Ứng dụng

DAC được sử dụng bất cứ khi nào cần chuyển đổi tín hiệu từ dạng kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự, chẳng hạn như trong đầu phát CD (Audio CD).

các loại DAC

Các loại DAC điện tử phổ biến nhất là:

Bộ điều chế độ rộng xung là loại DAC đơn giản nhất. Một nguồn dòng điện hoặc điện áp ổn định được bật định kỳ trong một thời gian tỷ lệ thuận với mã kỹ thuật số được chuyển đổi, sau đó chuỗi xung thu được được lọc bằng bộ lọc thông thấp tương tự. Phương pháp này thường được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ điện và cũng đang trở nên phổ biến trong âm thanh Hi-Fi;

DAC lấy mẫu quá mức, chẳng hạn như DAC delta-sigma, dựa trên mật độ xung thay đổi. Lấy mẫu quá mức cho phép bạn sử dụng DAC có độ sâu bit thấp hơn để đạt được độ sâu bit cao hơn của chuyển đổi cuối cùng; Thông thường, DAC delta-sigma được xây dựng trên cơ sở DAC một bit đơn giản, thực tế là tuyến tính. DAC bit thấp nhận tín hiệu xung có mật độ xung được điều chế (với thời lượng xung không đổi nhưng có chu kỳ nhiệm vụ thay đổi), được tạo bằng phản hồi âm. Phản hồi tiêu cực hoạt động như một bộ lọc thông cao cho nhiễu lượng tử hóa.

Một loại DAC có trọng số trong đó mỗi bit của mã nhị phân được chuyển đổi tương ứng với một điện trở hoặc nguồn dòng điện được kết nối với một điểm tổng chung. Dòng điện nguồn (độ dẫn của điện trở) tỷ lệ thuận với trọng lượng của bit mà nó tương ứng. Do đó, tất cả các bit khác 0 của mã đều được thêm vào trọng số. Phương pháp cân là một trong những phương pháp nhanh nhất, nhưng nó có đặc điểm là độ chính xác thấp do cần một bộ nhiều nguồn hoặc điện trở có độ chính xác khác nhau và trở kháng thay đổi. Vì lý do này, DAC cân có độ rộng tối đa là 8 bit;

DAC dạng bậc thang (mạch R-2R chuỗi). Trong R-2R-DAC, các giá trị được tạo ra trong một mạch đặc biệt gồm các điện trở có điện trở R và 2R, gọi là ma trận trở kháng không đổi, ma trận này có hai loại kết nối: ma trận một chiều - dòng điện và ma trận nghịch đảo điện áp. Việc sử dụng các điện trở giống hệt nhau có thể cải thiện đáng kể độ chính xác so với DAC cân thông thường, vì việc tạo ra một bộ phần tử chính xác có cùng thông số là tương đối đơn giản. DAC loại R-2R cho phép bạn loại bỏ các giới hạn về độ sâu bit. Với việc cắt laser các điện trở trên một đế, sẽ đạt được độ chính xác 20-22 bit. Phần lớn thời gian chuyển đổi được dành cho bộ khuếch đại thuật toán, vì vậy nó phải nhanh nhất có thể. Tốc độ của DAC là vài micro giây hoặc ít hơn (tức là nano giây);

Đặc trưng

Độ sâu bit là số mức tín hiệu đầu ra khác nhau mà DAC có thể tái tạo. Thường được chỉ định bằng bit; số bit là logarit cơ số 2 của số cấp. Ví dụ: DAC một bit có khả năng tái tạo hai mức () và DAC tám bit có thể tái tạo 256 (). Độ sâu bit có liên quan chặt chẽ với số bit hiệu dụng (ENOB, Số bit hiệu dụng), cho biết độ phân giải thực tế có thể đạt được trên một DAC nhất định.

Tần số lấy mẫu tối đa là tần số tối đa mà DAC có thể hoạt động, tạo ra kết quả chính xác ở đầu ra. Theo định lý Nyquist-Shannon (còn gọi là định lý Kotelnikov), để tái tạo chính xác tín hiệu tương tự từ dạng kỹ thuật số, tần số lấy mẫu phải không nhỏ hơn hai lần tần số tối đa trong phổ tín hiệu. Ví dụ: để tái tạo toàn bộ dải tần âm thanh mà con người nghe được, phổ của dải này mở rộng đến 20 kHz, tín hiệu âm thanh cần phải được lấy mẫu ở tần số ít nhất là 40 kHz. Tiêu chuẩn Audio CD đặt tốc độ lấy mẫu âm thanh thành 44,1 kHz; Để tái tạo tín hiệu này, bạn sẽ cần một DAC có khả năng hoạt động ở tần số này. Card âm thanh máy tính giá rẻ có tốc độ lấy mẫu là 48 kHz. Tín hiệu được lấy mẫu ở các tần số khác được lấy mẫu lại thành 48 kHz, điều này làm giảm một phần chất lượng tín hiệu.

Tính đơn điệu là đặc tính của DAC nhằm tăng tín hiệu đầu ra analog khi mã đầu vào tăng.

THD+N (độ méo hài tổng cộng + nhiễu) là thước đo độ méo và nhiễu được DAC đưa vào tín hiệu. Được biểu thị bằng phần trăm của công suất hài và nhiễu trong tín hiệu đầu ra. Một thông số quan trọng cho các ứng dụng DAC tín hiệu nhỏ.

Dải động là tỷ lệ giữa tín hiệu lớn nhất và nhỏ nhất mà DAC có thể tái tạo, được biểu thị bằng decibel. Tham số này liên quan đến độ sâu bit và ngưỡng nhiễu.

Đặc tính tĩnh:

DNL (phi tuyến vi phân) - mô tả mức tăng tín hiệu tương tự thu được bằng cách tăng mã thêm 1 bit có ý nghĩa nhỏ nhất (LSB) khác với giá trị chính xác;

INL (phi tuyến tính tích phân) - mô tả mức độ khác biệt của đặc tính truyền của DAC so với đặc tính lý tưởng. Đặc tính lý tưởng là tuyến tính chặt chẽ; INL cho biết điện áp ở đầu ra DAC của một mã nhất định cách xa đặc tính tuyến tính bao xa; thể hiện ở mức lương tối thiểu;

nhận được;

Thiên kiến.

Đặc điểm tần số:

SNDR (tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm + độ méo) - đặc trưng bằng decibel tỷ lệ giữa công suất tín hiệu đầu ra trên tổng công suất của nhiễu và biến dạng sóng hài;

HDi (hệ số sóng hài thứ i) - đặc trưng cho tỷ lệ giữa sóng hài thứ i và sóng hài cơ bản;

THD (hệ số biến dạng sóng hài) - tỷ lệ giữa tổng công suất của tất cả các sóng hài (trừ sóng hài đầu tiên) với công suất của sóng hài đầu tiên

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 phân – 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 EMR. 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.

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 ít quan trọng nhất, tín hiệu đầu ra U OUT (t) tạo thành một đường cong bước. 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.

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 bộ chuyển đổi kỹ thuật 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.