Цифрово-аналогови преобразуватели

ЦАП са важно свързващо звено между цифровата и аналоговата част на електронните устройства и системи. В най-общия смисъл те извършват преобразуване на цифрова величина X в аналогова стойност A (най-често ток или напрежение) с някакъв коефициент на преобразуване K, т.е. A=K*X.

Основни параметри на ЦАП

1. Брой на разрядите – число, което съответства на максималния брой на кодовите комбинации на входа на устройството. Броят на разрядите и опорното напрежение определят максималната разрешаваща способност на ЦАП.

2. Абсолютна грешка на преобразуването. Това е разликана между реалната и идеалната стойности на изходното напрежение в крайната точка на преобразуването.

3. Бързодействие или време на установяване. То се измерва от момента на подаване на възможна максималното число на входа на преобразувателя Xmax (при начално състояние X=0), до момента, в който изходната величина се установи на съотващата му стойност.

4. Предавателна характеристика – зависимост между изхода и входа.

Структурна схема на ЦАП

В схемата влизат следните основни блокове:

  • източник на опорно напрежение.
  • резисторна матрица, с помощта на която се формират токовете, съответстващи на разрядите на ЦАП.
  • генератори на ток с устройство за управление, които осигуряват точната стойност на токовете (в някои от ЦАП този възел отсъства).
  • токови ключове с устройство за управление, които включват съответствие с входния код определени звена на резисторната матрица.

Според принципа на действие, ЦАП се квалифицират на ЦАП със сумиране на напрежение и ЦАП със сумиране на токове.

ЦАП със сумиране на напрежения

Основен елемент е резисторната матрица от типа R-2R, като R = 10 кило ома, то 2R = 20кило ома. На входовете на матрицата X0, X1, X2, X3 се подава цифров код. Когато са подадени само лог. 0, ключовете K0, K1, K2, K3 са включени към „земя”. На изхода Ur = 0. Когато са подадени само лог. 1, всички ключове ще бъдат включени към източника на опорно напрежение U0. На изхода Ur щесе появи максимално възможно напрежение. Ако в подавания на входовете код има 0 и 1, то ключовете с 0 ще се превключат към „земя”, а ключовете с 1 ще се превключат към източника на опорно напрежение. В резултад на изхода ще се появи напрежение Ur, равно на сумата от напреженията на съответните резистори, които са включени към U0. С други думи може да се каже, че за определяне стойността на изходното напрежение се прилага методът на суперпозицията, който в синтезиран вид гласи: „ Въздействието на сумата е равн на сумата от въздействията.” Напрежението на изхода на матрицата може да бъде определено по формулата: Ur = U0*(X3/2 + X2/4 +X1/8 + X0/16)

  • източник на опорно напрежение.
  • резисторна матрица, с помощта на която се формират токовете, съответстващи на разрядите на ЦАП.
  • генератори на ток с устройство за управление, които осигуряват точната стойност на токовете (в някои от ЦАП този възел отсъства).
  • токови ключове с устройство за управление, които включват съответствие с входния код определени звена на резисторната матрица.
  • Според принципа на действие, ЦАП се квалифицират на ЦАП със сумиране на напрежение и ЦАП със сумиране на токове.

    ЦАП със сумиране на напрежения

    Основен елемент е резисторната матрица от типа R-2R, като R = 10 кило ома, то 2R = 20кило ома.

    На входовете на матрицата X0, X1, X2, X3 се подава цифров код. Когато са подадени само лог. 0, ключовете K0, K1, K2, K3 са включени към „земя”. На изхода Ur = 0. Когато са подадени само лог. 1, всички ключове ще бъдат включени към източника на опорно напрежение U0. На изхода Ur щесе появи максимално възможно напрежение. Ако в подавания на входовете код има 0 и 1, то ключовете с 0 ще се превключат към „земя”, а ключовете с 1 ще се превключат към източника на опорно напрежение. В резултад на изхода ще се появи напрежение Ur, равно на сумата от напреженията на съответните резистори, които са включени към U0. С други думи може да се каже, че за определяне стойността на изходното напрежение се прилага методът на суперпозицията, който в синтезиран вид гласи: „ Въздействието на сумата е равн на сумата от въздействията.” Напрежението на изхода на матрицата може да бъде определено по формулата: Ur = U0*(X3/2 + X2/4 +X1/8 + X0/16)

    Обикновено към изхода на матрицата се включват операционен усилвател с високоомен вход, с цел входното съпротевление на следващите схеми да не влиале върху точността на преобразуването.

    Обикновено към изхода на матрицата се включват операционен усилвател с високоомен вход, с цел входното съпротевление на следващите схеми да не влиале върху точността на преобразуването.

    ЦАП със сумиране на токове

    Токовете се задават от опорно напрежение U0 и токоформиращи резистори R-2R. Когато управляващия вход X0, X1, X2, X3 съдържа и 0 и 1, то там, където е равен на 1, съответните ключове се затварят към „виртуалната нула” – точката на сумиране на токовете на операционния усилвател (инверсния вход на ОУ), а там, където е равен на 0, съответните ключове се затварят към „зема”. Операционният усилвател е обхванат чрез резистора Rob в обратната връзка и работи като преобразувател на ток – напрежение. В резултад на преобразуването на изхода се получава аналогова величина, пропорционална на подадения на входовете X0, X1, X2, X3 код.