Реферат на тему:
Цифро-аналогові перетворювачі. Послідовні ЦАП
Загальні відомості
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для перетворення числа,
визначеного, як правило, у виді двійкового коду, у напругу чи струм, які
пропорційні значенню цифрового коду. Схемотехніка цифро-аналогових
перетворювачів дуже різноманітна. На рис. 1 наведена класифікаційна
схема ЦАП за схемотехнічними ознаками. Крім цього, ІМС цифро-аналогових
перетворювачів класифікуються за наступними ознаками:
За видом вихідного сигналу: з стумовим виходом та виходом у виді напруги
За типом цифрового інтерфейсу: з послідовним уведенням та з паралельним
уведенням вхідного коду
За кількістю ЦАП на кристалі: одноканальні та багатоканальні
За швидкодією: помірної та високої швидкодії
Рис. 1. Класифікація ЦАП
Послідовні ЦАП
ЦАП із широтно-імпульсною модуляцією
Дуже часто ЦАП входить до складу мікропроцесорних систем. У цьому
випадку, якщо не потрібно високої швидкодії, цифро-аналогове
перетворення може бути дуже просто здійснено за допомогою
широтно-імпульсної модуляції (ШІМ).
Найпростіше організується цифро-аналогове перетворення в тому випадку,
якщо мікроконтролер має вбудовану функцію широтно-імпульсного
перетворення (наприклад, AT90S8515 фірми Atmel чи 87С51GB фірми Intel).
Вихід ШІМ керує ключем S. У залежності від заданої розрядності
перетворення (для контролера AT90S8515 можливі режими 8, 9 та 10 біт)
контролер з допомогою свого таймера/лічильника формує послідовність
імпульсів, відносна тривалість яких ? =tта/ Т визначається
співвідношенням
де N – розрядність перетворення, а D – перетворюваний код. Фільтр нижніх
частот згладжує імпульси, виділяючи середнє значення напруги. У
результаті вихідна напруга перетворювача
Розглянута схема забезпечує майже ідеальну лінійність перетворення, не
містить прецизійних елементів (за винятком джерела опорної напруги).
Основний її недолік – низька швидкодія
Послідовний ЦАП на конденсаторах, що переключаються,
Розглянута вище схема ЦАП із ШІМ спочатку перетворить цифровий код у
часовий діапазон, який формується з допомогою двійкового лічильника
квант за квантом, тому для одержання N-розрядного перетворення необхідні
2N часових квантів (тактів). Схема послідовного ЦАП, наведена на рис. 2,
дозволяє виконати цифро-аналогове перетворення за значно меншу кількість
тактів
У цій схемі ємності конденсаторів З1 та З2 рівні. Перед початком циклу
перетворення конденсатор З2 розряджається ключем S4. Вхідне двійкове
слово задається у виді послідовного коду. Його перетворення здійснюється
послідовно, починаючи з молодшого розряду d0. Кожен такт перетворення
складається з двох напівтактів. У першому напівтакті конденсатор З1
заряджається до опорної напруги Uоп при d0=1 за допомогою замикання
ключа S1 чи розряджається до нуля при d0=0 шляхом замикання ключа S2.
В другому напівтакті при розімкнутих ключах S1, S2 та S4 замикається ключ S3,
що викликає розподіл заряду навпіл між З1 та З2. У результаті одержуємо:
U1(0)=Uвих(0)=(d0/2)Uоп (3)
Поки на конденсаторі З2 зберігається заряд, процедура заряду
конденсатора З1 повинна бути повторена для наступного розряду d1
вхідного слова. Після нового циклу перезарядження напруга на
конденсаторах буде
(4)
Точно також виконується перетворення для інших розрядів слова. У
результаті для N-розрядного ЦАП вихідна напруга буде дорівнювати
(5)
Якщо потрібно зберігати результат перетворення тривалий час, до
виходу схеми варто підключити ПВХ. Після закінчення циклу перетворення
варто провести цикл вибірки, перевести ПВХ у режим збереження та знову
почати перетворення
Таким чином, представлена схема виконує перетворення вхідного коду
за 2N квантів, що значно менше, ніж у ЦАП із ШІМ. Тут потрібно тільки
два узгоджених конденсатори невеликої ємності. Конфігурація аналогової
частини схеми не залежить від розрядності перетворюваного коду. Однак за
швидкодією послідовний ЦАП значно поступається паралельним
цифро-аналоговим перетворювачам, що обмежує область його застосування
Використана література:
Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая
школа, 1978.
Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной
электроники. -М.: Высшая школа, 1975.
Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Высшая
школа, 1988.
Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: высшая
школа, 1982.
Гершунский В.С. Основы электроники. – К.: Вища школа, головн. из-во,
1982.
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.:Энергоатомиздат, 1985.
Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. – М.: Высшая школа,
1986.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
