ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Цифро-аналоговые преобразователи служат для преобразования входной информации, представленной в цифровом коде, в эквива­лентный аналоговый сигнал.

Схемы ЦАП различаются по способам представления величин в цифровой форме (чаще в двоичной системе счисления), структурам преобразователя, характеру зависимости выходного сигнала от входного (линейные и нелинейные), способам получения выходного сигнала (с суммированием напряжений или токов, с делением на­пряжений), -виду выходного сигнала (с токовым, потенциальным или резистивным выходом), полярности выходного сигнала (одно-, двух- или четырехквадрантные), виду источника опорного сигнала (постоянного или изменяющегося). Для цифро-аналогового преобра­зования обычно используются два метода: метод суммирования еди­ничных величин (используется один эталон) и метод суммирования с учетом веса разрядов (используется 2ⁱ эталонов, где i=1, 2,... n). При втором методе входеюй сигнал может подаваться в последова­тельном коде. При этом производится последовательное преобразо­вание разрядов входного кода, начиная со старшего или младшего (преобразователь последовательного действия). Если входной сиг­нал подается в параллельном коде, то происходит одновременное суммирование всех разрядов цифрового кода (преобразователь па­раллельного действия). Преобразователи последовательного типа являются менее быстродействующими, чем параллельного.

В настоящее время выпускаются ЦАП как требующие допол­нительного подсоединения внешних элементов, так и функционально законченные (автономные) БИС ЦАП, содержащие на одном кри­сталле все элементы, необходимые для процесса преобразования.

В процессе преобразования входной n-разрядный цифровой си­гнал превращается в аналоговый выходной сигнал с 2ⁿ дискретны­ми уровнями. Например, у 10-разрядного ЦАП выходное напряже­ние может принимать 1024 уровня от нуля до максимального значения. Обратной величиной числа выходных уровней является разрешающая способность. Она определяет наименьшее возможное приращение выходного аналогового сигнала при соответствующем изменении входного преобразуемого кода на единицу младшего раз­ряда. Единицей измерения разрешения является единица самого младшего значащегося разряда (1МЗР). Она может выражаться в процентах или миллионных частях.

Одной из основных задач преобразователя является получение точного соответствия между входными и выходными сигналами. Погрешность преобразования показывает отличие реального преоб­разования от идеального. Точность преобразования характеризуется погрешностью преобразования, которая состоит из методической погрешности, обусловленной методом преобразования, и из инстру­ментальной погрешности. Инструментальные погрешности вызыва-ются неточностью изготовления элементов преобразователя, зависи­мостью параметров элементов от температуры, влиянием шумов и помех. Погрешности проявляются в виде смещения нуля преобразо­вателя, изменения коэффициента передачи, нелинейности и немоно­тонности передаточной характеристики (погрешности линейности и монотонности). Погрешность выражается в процентах от полного диапазона изменения аналогового выходного сигнала. Например, если 10-разрядный ЦАП должен иметь максимальный выходной сигнал 10 В, а реальное значение сигнала 9,5 В, то погрешность со­ставляет 5 %. Кроме того, она может выражаться в долях наимень­шего значащего разряда. Погрешность линейности показывает по­стоянство отношений входного сигнала к выходному во всем рабо­чем диапазоне. Интегральная погрешность линейности определяет максимальное отклонение передаточной характеристики от прямой линии, проведенной через нуль и точку максимального значения вы­ходного сигнала. Дифференциальная погрешность линейности харак­теризует изменение крутизны передаточной характеристики и опре­деляется как разность отклонений двух смежных уровней выходного сигнала. Дифференциальная погрешность идеального преобразова­теля равна нулю. Если она большая (более 1МЗР), то это говорит о немонотонности выходного сигнала. Погрешность монотонности характеризует изменение выходного сигнала при изменении значе­ний входного последовательного кода. Монотонность показывает, что при непрерывном увеличении входного сигнала выходной сигнал не должен уменьшаться. Линейность и монотонность характеристик ЦАП ухудшаются по мере увеличения скорости изменения входных сигналов. Температурный коэффициент характеризует изменение полной погрешности от температуры.

Следует отметить, что преобразователи, имеющие высокую точ­ность, но малую разрешающую способность и, наоборот, малую точ­ность и высокую разрешающую способность, не имеют большого практического значения. Поэтому значения разрешающей способ­ности и точности практически выбираются примерно одинаковыми.

Требования к точности возрастают по мере увеличения числа разря­дов (например, для 4-разрядного ЦАП при точности ±1/2 МЗР до­пускается погрешность выходного сигнала ±3,12% а для 8-оазвял-ного ±0,195 %),

Основным динамическим параметром ЦАП является время уста­новления, представляющее собой интервал времени от момента по­ступления входного кода до момента, когда выходной аналоговый сигнал достигнет установившегося значения с заданной погреш­ностью (обычно ±1/2 МЗР). Время установления ог.ределяет быст­родействие ЦАП.

Перемножающие (множительные) ЦАП отличаются от обычных тем, что предназначены для работы с переменными опорными сиг­налами, изменяющимися по определенному закону. Поэтому они дополнительно характеризуются диапазоном и частотой изменения входного аналогового сигнала, аналоговой нелинейностью, временем установления сигнала по аналоговому входу,

В табл. 2.3 представлены электрические параметры монолит­ных ЦАП.