D/A çeviricisi. .

Bu cihazlar arasında "keçiricilər" var analoq və rəqəmsal elektrik dünyaları.

Nəticə budur ki, sensorlar, mühərriklər, işıqlar və bir çox başqa cihazlar istifadə edir analoq siqnal, yəni, məsələn, 0V-dən 12V-ə qədər olan bir gərginlik Rəqəmsal FPGA-lar, mikrokontrollerlər və mikrosxemlər sabit gərginlik səviyyələrinə ehtiyac duyur, məsələn, 0V və 5V məntiqi 0 və 1 müvafiq olaraq.

Misal 1 DAC

Təsəvvür edin ki, LED-in parlaqlığını idarə etmək vəzifəsi ilə qarşılaşırıq:

• 10 səviyyə (dərəcələr) LED parlaqlığı
• LED 9V vasitəsilə maksimum gərginlik
• mikrokontroller və iki düymə ilə idarə olunur "+1 parlaqlıq səviyyəsi", "-1 parlaqlıq səviyyəsi"

Beləliklə, LED 0 ilə 9V arasında bir gərginlikdə işləyir. 10 parlaqlıq dərəcəsinin LED-ə tətbiq etdiyimiz 10 gərginlik səviyyəsi olduğunu təxmin etmək asandır - 0V, 1V, ..., 9V

Mikrokontroller 0V və ya 5V çıxış verir. Ancaq 1V, 3V, 4V və ya 9V deyil. Ancaq mikro nəzarətçidə çox şey var məntiqi bağlaya biləcəyimiz nəticələr DAC və çevirmək məntiq daxil analoq siqnal.

At rəqəmsaldan analoqa çevirici məsələn, məntiq siqnallarını birləşdirmək üçün 4 giriş sancağı və çıxış üçün 2 pin var. analoq 0-dan 15V-ə qədər gərginliklər - "+" və "-" nəticələri.

Budur sizin işiniz DAC a: biz 4 ayağın hamısına xidmət etdikdə məntiqi 1, sonra gərginlik səviyyəsi analoqçıxış siqnalı maksimumdur( Bizim vəziyyətimizdə 15V), 0-a xidmət etdiyimiz zaman - minimum, yəni 0V

İndi ən maraqlısı. Hər bir giriş terminalı DAC lakin çıxış siqnalı üçün "çəki" var. Məsələn, üst çıxış 8V-ni "çəkir" (yəni yalnız 1-ci çıxışa məntiqi 1 tətbiq etsəniz, çıxışda 8V alacağıq), növbəti 4V-dən aşağı, növbəti 2V və sonuncu aşağı 1V. İndi bu nömrələri toplayın və 15V alın.

0V, 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V, 8V və 9V səviyyələrini almalıyıq.

Bu girişlər deməkdir DAC aşağıdakı cədvələ uyğun olaraq kodlaşdırılmalıdır

"+1 parlaqlıq səviyyəsi", "-1 parlaqlıq səviyyəsi" düymələri çıxışdan 1 vahid əlavə edəcək və ya çıxacaq. rəqəmsal mikro nəzarətçi siqnalı. Bu siqnal girişlərə tətbiq olunacaq DAC. Çıxış DAC LED-ə qoşulacaq. Missiya yerinə yetirildi!

Misal 2. ADC

Analoqdan rəqəmsal çeviricitərsinə işləyir. Girişə dəyişən gərginlik səviyyəsini tətbiq edirik, çıxışda məntiq alırıq (bitlər) +5V və 0V və ya məntiq 1 və 0

Temperatur sensorundan oxumaq üçün tapşırıq verək:

• sensor 0C-dən 30C-ə qədər olan temperaturu göstərir
• 0C-də sensor 0V, 30C-də isə 15V çıxış verir
• siqnal mikrokontroller tərəfindən rəqəmsal formada qəbul edilməlidir (məntiqi 1 və 0, gərginlik + 5V və 0V)

ADC gərginlikli analoq siqnalı qəbul etmək üçün iki giriş pininə malikdir, məsələn, 0-dan 15V-ə qədər və bizim vəziyyətimizdə çıxış üçün 4 pin var. rəqəmsal məntiq siqnalı. Yəni, dörd bitlik paralel kod siqnalı.

Çıxışı sensorumuzdan analoq girişə bağlayırıq ADC, və rəqəmsal dörd rəqəmli çıxış ADC mikrokontrollerə qoşulun. Və biz artıq sensordan oxunuşları mikrikdə rəqəmsal formada qəbul edirik. Prosesdəki məlumatlar aşağıdakı cədvələ uyğun olacaq.

Analoqdan rəqəmsal çevirici, zamanla davamlı olaraq dəyişən fiziki kəmiyyəti ekvivalent rəqəmsal kod dəyərlərinə çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş bir cihazdır. Analoq dəyər gərginlik, cərəyan, açısal yerdəyişmə, qaz təzyiqi və s. ola bilər.

Analoqdan rəqəmə çevirmə prosesi aşağıdakı əməliyyatların ardıcıl icrasını nəzərdə tutur (şək. 13.5):

Bəzi verilmiş vaxt nöqtələrində orijinal analoq dəyərinin dəyərlərinin seçilməsi, yəni. siqnalın vaxtında seçilməsi,

Səviyyə üzrə diskret vaxtlarda alınan analoq dəyərin dəyərinin kvantlaşdırılması (çevrilmiş dəyərin bəzi məlum qiymətlərə yuvarlaqlaşdırılması),

Kodlaşdırma - tapılan kvant dəyərlərini bəzi ədədi kodlarla əvəz etmək.

düyü. 13.5. Analoqdan rəqəmə çevirmə prinsipi.

İnteqrasiya ADC-nin xətası əsasən RC inteqratorunun (mişar dişi gərginliyi generatoru) vaxt sabiti ilə müəyyən edilən mişar dişi gərginliyinin yamacındakı dəyişikliklə müəyyən edilir. Xarici sabitliyi pozan amillərin, xüsusən də temperaturun, vaxt sabitinin və deməli, mişar dişinin gərginliyinin yamacının təsiri altında dəyişir, bu da əhəmiyyətli çevrilmə səhvlərinə səbəb olur. Buna görə də, hazırda inteqrasiya edən ADC-lərin qurulması üçün ikiqat inteqrasiya prinsipindən istifadə olunur.

Əməliyyat prinsipi ikiqat inteqrasiya ADC ondan ibarətdir ki, əvvəlcə müəyyən sabit vaxt intervalı T 1 zamanı analoq çevrilmiş dəyər U x inteqrasiya olunur, sonra isə əks qütbün U op istinad (istinad) gərginliyi inteqrasiya olunur. Zaman intervalı T 2 çevrilmiş dəyərlə mütənasibdir U x .

Şəkil 13.11. İkiqat inteqrasiyanın ADC-nin struktur diaqramı (a) və onun işləməsinin vaxt diaqramı (b) Həqiqətən, T 1 vaxt intervalında inteqratorun çıxışındakı gərginlik xətti qanuna uyğun olaraq dəyişir:

T 2 vaxt intervalında inteqratorun çıxışında çıxış gərginliyi Uout.int.max-dan 0-a qədər dəyişir, yəni.

Beləliklə,

Beləliklə, T 2 vaxt intervalı T 1 /U op sabitindən və U x dəyişənindən asılıdır və inteqratorun parametrlərindən asılı deyildir. Bunu Şəkil 13.12-də göstərilən qrafikdən görmək olar.

Şəkil 13.12. İnteqratorun çıxışındakı gərginlik τ 1 = R 1 * C 1 (1) və τ 2 = R 2 * C 2 (1) zamanında ikiqat inteqrasiyalı ADC sənaye səs-küy şəraitində yüksək konvertasiya dəqiqliyini təmin edir. geniş temperatur diapazonu və ölçmə texnologiyasında və avtomatlaşdırılmış idarəetmə sistemlərində geniş istifadə olunur.

Məsələn, bütün multimetrlərin əsasını K572PV2 və ya K572PV5 çipində hazırlanmış ikiqat inteqrasiyalı ADC təşkil edir. IC-lər demək olar ki, eynidir, lakin birincisi LED-ləri, ikincisi isə LCD-ləri idarə edir.

K572PV2 mikrosxemi, istinad gərginliyi mənbəyi, bir neçə rezistor və kondansatörlə birlikdə op-amp-ın avtomatik sıfırlanması və giriş siqnalının polaritesinin təyin edilməsi ilə ikiqat inteqrasiyalı ADC funksiyalarını yerinə yetirir.

İS-in əsas texniki parametrləri:

Bit dərinliyi - 3,5 onluq yer,

Giriş empedansı - 50 Mohm,

Giriş gərginliyi - ±1.999Uop(V),

Performans - (2-9) Hz,

Cari istehlak - 1,8 mA

Təchizat gərginliyi - 9V.

Şəkil 13.13. IS K572PV2 (a) və generatorun çıxışında çıxış gərginliyi (b)

IC-nin işləməsi daxili impuls generatorunun f saat impulslarının təsiri altında üç mərhələdə baş verir:

Birinci mərhələdə T 1 , 4000 dövr f ty davam edir, U x gərginliyi inteqrasiya olunur,

0-dan 8000 dövrə qədər davam edən ikinci mərhələdə f ti istinad gərginliyi U op və inteqrasiyasıdır.

4000-dən 12000 f ty dövrə qədər davam edən üçüncü mərhələdə op-amp avtomatik olaraq sıfıra təyin olunur.

Bütün çevrilmə dövrü 16.000 dövr çəkir.

Çoxkanallı ADC-lər eyni tipli bir neçə analoq dəyəri çevirmək üçün geniş istifadə olunur. Belə ADC-lərə analoq keçid və yuxarıda müzakirə olunan ADC-lərdən biri daxildir.

Şəkil 13.14. Çoxkanallı ADC

Dönüşüm ardıcıl olaraq parametrə görə baş verir. Analoq açar növbə ilə bütün giriş siqnallarını gücləndirici vasitəsilə ADC girişinə birləşdirir.

Rahatlıq üçün məqalə 2 hissəyə bölünəcəkdir.

I hissə

ADC və ya analoqdan rəqəmə çevirmə.

Analoq avadanlıqda analoq səs davamlı elektrik siqnalı formasına malikdir, kompüter texnologiyası öz növbəsində yalnız rəqəmsal məlumatlarla işləyir - buna görə də kompüterdəki səs rəqəmsaldır.

Düşünürəm ki, sizdə artıq "səslər" arasında müəyyən qarışıqlıq var. Anlaşılmazlığın qarşısını almaq üçün gəlin nə olduğunu nəzərdən keçirək rəqəmsal səs və analoqun necə "rəqəmə" çevrildiyi.

rəqəmsal audio- səs siqnalını onun amplitudasının diskret ədədi qiymətləri ilə təmsil etmək üsulu.

Həmişə olduğu kimi, hər şeyi daha sadə şəkildə izah etməyə çalışacağam. bir az təkrar edirəm.

Səs dalğası onun amplitudasının zamandan asılılığını təsvir edən mürəkkəb funksiyadır.

Bu dalğanı rəqəmsallaşdırmaq üçün konkret nöqtələrə diskret dəyər saxlamaqla onu təsvir etmək lazımdır.

Səs dalğasının amplitüdünün dəyəri hər bir zaman nöqtəsində ölçülməli və nəticədə alınan dəyər rəqəmlərlə yazılmalıdır. Lakin, amplituda dəyərini 100% dəqiqliklə təyin etmək mümkün olmadığı üçün onlar yuvarlaq şəkildə yazılmalıdır. Nəticədə, orijinal siqnalın kiçik təhriflərinə səbəb olur. Başqa sözlə, amplituda və zaman koordinat oxları boyunca bu funksiyanın bir növ yaxınlaşması olacaq.

Göründüyü kimi, siqnalın rəqəmsallaşdırılması prosesi iki mərhələdən ibarətdir.

1.Birinci - nümunə götürmə (nümunə götürmə)

2. İkinci - kvantlaşdırma.

Nümunə götürmə- müəyyən vaxt intervallarında çevrilmiş siqnalın qiymətlərinin alınması prosesi. Başqa sözlə, bu, verilmiş dəyərlərə uyğun olaraq, bir siqnalın "nümunəsi" dir.

Kvantlaşdırma- siqnal amplitüdünün qəbul edilmiş dəyərlərini maksimum təxmini dəqiqliklə əvəz etmək prosesini təmsil edir.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, siqnalı çevirərkən, "real" amplituda dəyərini ideal (əslində sonsuz) dəqiqliklə təyin etmək mümkün olmadığı üçün dəyərləri yuvarlaqlaşdırmaq lazımdır. Bunu etmək üçün kompüterlərə daha böyük miqdarda RAM (1 TB-dən çox) lazımdır və siz onu qeyri-müəyyən müddətə dəqiqləşdirə bilərsiniz, nəticədə sonsuz miqdarda yaddaşa malik RAM-ın yaradılmasına səbəb olur.

Yuvarlaqlaşdırmanın dəqiqliyinə kvantlaşdırma səviyyəsi (və ya kvantlaşdırmanın bit dərinliyi) təsir edir. Səviyyələrin sayı nə qədər çox olarsa, amplitüdün dəyəri bir o qədər kiçik olur, nəticədə daha kiçik bir xəta ilə nəticələnir.

Yuxarıda göstərilənlərə əsaslanaraq, artıq belə nəticəyə gəlmək olar ki, siqnalın rəqəmsallaşdırılması müəyyən vaxt intervallarında səs dalğasının amplitüdünün fiksasiyası və minimum səhvlə qəbul edilənin qeydidir.

Çıxarılması lazım olan başqa bir nəticə də var. Nümunə alma sürəti və kvantlaşdırma bit dərinliyi nə qədər yüksək olarsa, qəbul edilən siqnalın təsviri bir o qədər dəqiq olar.

Keyfiyyət rəqəmsallaşdırma üçün seçilmiş parametrlərdən birbaşa asılıdır. Bunlar seçmə sürəti (KHz ilə ifadə edilir) və bit dərinliyidir (Bitlərlə ifadə edilir).

Başqa sözlə, bit dərinliyi və seçmə tezliyi nə qədər yüksək olarsa, siqnal bir o qədər yaxşı alınır və rəqəmsallaşdırılmış məlumatların miqdarı bir o qədər çox olur. Buna görə də, burada çəki və keyfiyyət arasında "qızıl orta" axtarmalısınız.

Kotelnikov teoremi (İngilis ədəbiyyatında - Nyquist-Şennon teoremi və ya seçmə teoremi) bildirir ki, əgər analoq siqnalın sonlu (eni məhdud) spektri varsa, o zaman onu unikal şəkildə və itkisiz olaraq götürülmüş diskret nümunələrindən bərpa etmək olar. tezliyi yuxarı tezlikdən iki dəfə artıqdır.

"Normal insan dilinə tərcümədə" səs haqqında ən dolğun məlumat əldə etmək üçün, məsələn, 22.000 Hz-ə qədər tezlik diapazonunda ən azı 44,1 Kg tezliyi ilə nümunə götürmə tələb olunur.

Bu, yüksək seçmə sürətlərini çox təqib etməyin mənası olmadığını göstərir, çünki 44.1 kHz tezliyi insanın eşitdiyi bütün tezlik diapazonunu əhatə edir və hətta bir az daha yüksəkdir.

II hissə

Rəqəmsaldan analoqa çevrilmə.

Rəqəmsallaşdırmadan sonra səsi dinləyə bilmək üçün onu yenidən analoqa çevirmək lazımdır.

Analoq siqnal gücləndiricilər və digər analoq qurğular tərəfindən emal edilə və dinamiklər tərəfindən təkrarlana bilər.

Rəqəmsal siqnalı analoqa çevirir - rəqəmsal-analoq çevirici (DAC). Dönüşüm prosesi tərs ADC prosedurudur.

Müasir sistemlər səsi audio interfeys vasitəsilə oynayır və qeyd edir, onun vəzifəsi audio məlumatı daxil etmək və çıxarmaqdır, yəni. Bu, analoq siqnalı rəqəmsal və əksinə çevirmək üçün bir cihazdır.

Audio interfeysin işini daha sadə dillərlə izah etmək olar.

Birincisi, giriş analoq səsi analoq girişə (və ya qarışdırıcıya) daxil olur, bundan sonra onu kvantlaşdıran və nümunələri götürən ADC-yə göndərilir .. Nəticə avtobus və rəqəmsal səs vasitəsilə kompüterə gedən rəqəmsal audio siqnaldır. əldə edilmişdir.

Audio məlumatı çıxararkən oxşar proses yalnız əks istiqamətdə baş verir. Məlumat axını siqnalın amplitudasını təyin edən nömrələri elektrik - analoq siqnala çevirən DAC-dan keçir.

Sxematik olaraq, hamısı Şəkil 1-də göstərildiyi kimi görünür

Qeyd etmək istəyirəm ki, səs interfeysi rəqəmsal məlumat mübadiləsi üçün interfeys ilə təchiz olunubsa, rəqəmsal audio ilə işləyərkən onun analoq bloklarından heç biri iştirak etmir - beləliklə, çeviricilərdən yan keçərək, səsi demək olar ki, olduğu kimi saxlayacaqsınız.

Məqalədə sənədlərdə istehsalçılar tərəfindən göstərilən müxtəlif növ analoq-rəqəm çeviricilərinin cihazı və iş prinsipləri, habelə onların əsas xüsusiyyətləri təsvir edilmişdir.

Analoqdan rəqəmsal çevirici (ADC) ölçmə və sınaq avadanlığında ən vacib elektron komponentlərdən biridir. ADC gərginliyi (analoq siqnal) mikroprosessorun və proqram təminatının müəyyən hərəkətləri yerinə yetirdiyi koda çevirir. Yalnız rəqəmsal siqnallarla işləsəniz belə, onların analoq xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün çox güman ki, osiloskopunuzda ADC-dən istifadə edirsiniz.

ADC arxitekturasının bir neçə əsas növü var, baxmayaraq ki, hər bir növün daxilində çoxlu varyasyonlar var. Müxtəlif növ ölçmə avadanlığı müxtəlif növ ADC-lərdən istifadə edir. Məsələn, rəqəmsal osiloskop yüksək nümunə sürətindən istifadə edir, lakin yüksək ayırdetmə tələb etmir. Rəqəmsal multimetrlər daha çox qətnamə tələb edir, lakin siz ölçmə sürətini qurban verə bilərsiniz. Ümumi təyinatlı məlumat toplama sistemləri adətən nümunə sürəti və ayırdetmə qabiliyyəti baxımından osiloskoplar və rəqəmsal multimetrlər arasında yer alır. Bu tip avadanlıq ardıcıl yaxınlaşma ADC və ya siqma-delta ADC-dən istifadə edir. Yüksək sürətli analoq siqnal emalını tələb edən tətbiqlər üçün paralel ADC-lər də mövcuddur və ADC-ləri yüksək ayırdetmə və səs-küyün azaldılması ilə inteqrasiya edir.

Fig.1-də. əsas ADC arxitekturalarının imkanları rezolyusiyadan və seçmə sürətindən asılı olaraq göstərilir.

düyü. 1. ADC növləri - seçmə sürətindən asılı olaraq ayırdetmə

Paralel ADC-lər

Əksər yüksək sürətli osiloskoplar və bəzi yüksək tezlikli alətlər standart cihazlar üçün 5 Hz (5 x 10 9) nümunə/san və orijinal dizaynlar üçün 20 Hz nümunə/san ola bilən yüksək çevrilmə sürətinə görə paralel ADC-lərdən istifadə edirlər. Paralel ADC-lər adətən 8 bitə qədər ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir, lakin 10 bitlik versiyalar da mövcuddur.

düyü. 2. ADC paralel çevrilməsi

düyü. Şəkil 2, 3 bitlik paralel ADC-nin sadələşdirilmiş blok diaqramını göstərir (daha yüksək qətnamə ilə çeviricilər üçün iş prinsipi eynidir). O, hər biri giriş gərginliyini fərdi istinad gərginliyi ilə müqayisə edən bir sıra komparatorlardan istifadə edir. Hər bir komparator üçün belə bir istinad gərginliyi daxili dəqiq rezistiv bölücüdə formalaşır. Gərginlik istinadları ən az əhəmiyyətli rəqəmin (LSB) yarısından başlayır və hər bir ardıcıl müqayisəçi ilə V REF /2 3 artımları ilə artır. Nəticədə, 3 bitlik ADC üçün 2 3 -1 və ya yeddi komparator lazımdır. Və məsələn, 8 bitlik paralel ADC üçün 255 (və ya (2 8 -1)) komparator tələb olunacaq.

Giriş gərginliyi artdıqca, komparatorlar ən az əhəmiyyətli bit üçün cavabdeh olan komparatordan başlayaraq ardıcıl olaraq öz çıxışlarını məntiqi sıfır əvəzinə məntiqi birinə təyin edirlər. Konvertoru civə termometri kimi təsəvvür edə bilərsiniz: temperatur yüksəldikcə civə sütunu yüksəlir. Əncirdə. 2, giriş gərginliyi V3 və V4 arasında düşür, beləliklə, aşağı 4 müqayisə cihazı "1" və ilk üç müqayisə cihazı "0" verir. Dekoder (2 3 -1) - müqayisəedicilərin çıxışlarından bit rəqəmsal sözü ikili 3 bitlik koda çevirir.

Paralel ADC-lər kifayət qədər sürətli cihazlardır, lakin onların çatışmazlıqları var. Çoxlu sayda komparatordan istifadə etmək zərurətinə görə, paralel ADC-lər əhəmiyyətli güc sərf edir və batareya ilə işləyən proqramlar üçün praktik deyil.

12, 14 və ya 16 bitlik qətnamə tələb olunduqda və yüksək çevirmə sürəti tələb olunmadıqda və aşağı qiymət və aşağı enerji istehlakı müəyyən edən amillər olduqda, adətən ardıcıl yaxınlaşma ADC-lərdən istifadə olunur. Bu tip ADC ən çox müxtəlif ölçmə və məlumat toplama sistemlərində istifadə olunur. Hal-hazırda, ardıcıl yaxınlaşma ADC-ləri 100K (1x10 3) ilə 1M (1x10 6) nümunələr/san arasında seçmə sürəti ilə 16 bitə qədər dəqiqliklə gərginliyi ölçməyə imkan verir.

düyü. 3 ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin sadələşdirilmiş blok diaqramını göstərir. Bu tip ADC xüsusi ardıcıl yaxınlaşma registrinə əsaslanır. Dönüşüm dövrünün başlanğıcında, birinci (ən yüksək) bit istisna olmaqla, bu registrin bütün çıxışları məntiq 0-a təyin olunur. Bu, dəyəri ADC-nin giriş diapazonunun yarısına bərabər olan daxili rəqəmsal-analoq çeviricinin (DAC) çıxışında siqnal yaradır. Və müqayisə cihazının çıxışı DAC çıxışındakı siqnal ilə ölçülmüş giriş gərginliyi arasındakı fərqi təyin edən vəziyyətə keçir.

düyü. 3. SAR ADC

Məsələn, 8 bitlik SAR ADC (Şəkil 4) üçün registr çıxışları "10000000" olaraq təyin edilir. Əgər giriş gərginliyi ADC-nin giriş diapazonunun yarısından azdırsa, o zaman komparatorun çıxışı məntiq 0 olacaq. Bu, ardıcıl yaxınlaşma registrinə çıxışlarını müvafiq olaraq çıxış gərginliyini dəyişəcək "01000000" vəziyyətinə keçirməyi əmr edir. DAC-dan müqayisə aparatına qədər. Əgər müqayisəedicinin çıxışı hələ də "0"da qalarsa, registr çıxışları "00100000" vəziyyətinə keçəcək. Lakin bu çevrilmə siklində DAC-nin çıxış gərginliyi giriş gərginliyindən az olur (şək. 4) və komparator məntiq 1 vəziyyətinə keçir.Bu, ardıcıl yaxınlaşma registrinə ikinci bitdə "1" saxlamağı tapşırır. və üçüncü bitə "1" tətbiq edin. Təsvir edilən əməliyyat alqoritmi daha sonra sonuncu rəqəmə qədər təkrarlanır. Beləliklə, ardıcıl yaxınlaşma ADC hər bit üçün bir daxili çevrilmə dövrü və ya N bit çevrilməsi üçün N dövrə tələb edir.

düyü. 4. Ardıcıl yaxınlaşmaların ADC-yə çevrilməsi

Bununla belə, ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin işləməsi daxili DAC-də keçidlərlə əlaqəli bir xüsusiyyətə malikdir. Nəzəri olaraq, N daxili çevrilmə dövrünün hər biri üçün DAC-nin çıxışındakı gərginlik eyni vaxtda təyin edilməlidir. Ancaq əslində, ilk çubuqlardakı bu interval sonunculardan daha böyükdür. Beləliklə, 16 bitlik ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin çevrilmə vaxtı 8 bitlik ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin çevrilmə vaxtından iki dəfə çoxdur.

Əksər ölçmələr tez-tez ADC-nin ardıcıl yaxınlaşmasının təmin etdiyi çevrilmə sürətinə malik ADC tələb etmir, lakin yüksək qətnamə tələb olunur. Sigma-delta ADC-lər 24 bitə qədər rezolyusiya təmin edə bilər, lakin çevrilmə sürətində aşağıdır. Beləliklə, 16 bitlik sigma-delta ADC-də siz 100K nümunə/san-a qədər seçmə sürəti əldə edə bilərsiniz və 24 bitdə bu tezlik cihazdan asılı olaraq 1K nümunə/san və ya daha azına enir.

Tipik olaraq, siqma-delta ADC-lər müxtəlif məlumatların toplanması sistemlərində və ölçmə avadanlıqlarında (təzyiq, temperatur, çəki və s. ölçülməsi) yüksək seçmə sürəti tələb olunmadığı və 16 bitdən çox ayırdetmə tələb olunduğu hallarda istifadə olunur.

Siqma-delta ADC-nin iş prinsipini başa düşmək daha çətindir. Bu arxitektura ADC-lərin inteqrasiyası sinfinə aiddir. Lakin sigma-delta ADC-nin əsas xüsusiyyəti, ölçülmüş siqnalın gərginlik səviyyəsinin faktiki təhlil edildiyi seçmə tezliyinin ADC çıxışında (nümunə alma tezliyi) seçmə sürətini əhəmiyyətli dərəcədə üstələməsidir. Bu seçmə sürəti təkrar nümunə alma dərəcəsi adlanır. Məsələn, 128 dəfə daha sürətli təkrar nümunə alma sürətindən istifadə edən 100K nümunə/san çevirmə sürətinə malik siqma-delta ADC, giriş analoq siqnalını 12,8 milyon nümunə/san sürətində seçəcək.

Birinci dərəcəli siqma-delta ADC-nin blok diaqramı Şek. 5. Çıxışları komparatorla birləşdirilən inteqratora analoq siqnal tətbiq edilir, o da öz növbəsində əks əlaqə dövrəsində 1 bitlik DAC-a qoşulur. Ardıcıl təkrarlamalar silsiləsi vasitəsilə inteqrator, komparator, DAC və toplayıcı giriş gərginliyinin böyüklüyü haqqında məlumatı ehtiva edən seriya bitlər axını yaradır.

düyü. 5. Sigma-Delta ADC

Yaranan rəqəmsal ardıcıllıq daha sonra Kotelnikov tezliyindən (ADC nümunə sürətinin yarısı) yuxarı olan komponentləri sıxışdırmaq üçün aşağı keçid filtrinə verilir. Yüksək tezlikli komponentləri çıxardıqdan sonra, növbəti node - decimator - məlumatları incələşdirir. Nəzərdən keçirdiyimiz ADC-də decimator rəqəmsal çıxış ardıcıllığında alınan hər 128 bitdən 1 bit buraxacaq.

Siqma-delta ADC-də daxili rəqəmsal aşağı keçid filtri çevrilmə prosesinin ayrılmaz hissəsi olduğundan, aşağı keçid filtrinin yerləşdirilməsi vaxtı giriş siqnalını atlayarkən nəzərə alınmalı bir amilə çevrilir. Məsələn, giriş multipleksorunu dəyişdirərkən və ya cihazın ölçmə limitini dəyişdirərkən, bir neçə ADC nümunəsi keçənə qədər gözləmək lazımdır və yalnız bundan sonra düzgün çıxış məlumatlarını oxumaq lazımdır.

Siqma-delta ADC-nin əlavə və çox vacib üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onun bütün daxili bölmələri bir silikon çip sahəsi üzərində bütöv şəkildə hazırlana bilər. Bu, son cihazların qiymətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və ADC xüsusiyyətlərinin sabitliyini artırır.

ADC-lərin inteqrasiyası

Və burada müzakirə ediləcək ADC-nin sonuncu növü push-pull ADC-dir. Rəqəmsal multimetrlərdə, bir qayda olaraq, yalnız belə ADC-lər istifadə olunur, çünki. bu alətlər yüksək ayırdetmə və yüksək səs-küyün qarşısının birləşməsini tələb edir. Belə inteqrasiya olunmuş ADC-də çevrilmə ideyası sigma-delta ADC-dən daha az mürəkkəbdir.

Şəkil 6 push-pull ADC-nin necə işlədiyini göstərir. Giriş siqnalı kondansatörü sabit bir müddət ərzində doldurur, bu adətən şəbəkə tezliyinin bir dövrü (50 və ya 60Hz) və ya onun çoxluğudur. Bu müddət ərzində giriş siqnalını birləşdirərkən yüksək tezlikli səs-küy yatırılır. Eyni zamanda, elektrik enerjisi təchizatının gərginlik qeyri-sabitliyinin çevrilmə dəqiqliyinə təsiri aradan qaldırılır. Bunun səbəbi sinusoidal siqnalın inteqralının qiymətinin sıfıra bərabər olmasıdır, əgər inteqrasiya sinusoidal dəyişmə dövrünün qatına bərabər olan bir zaman intervalında aparılırsa.

düyü. 6. ADC-nin inteqrasiyası. Yaşıl rəng şəbəkədən müdaxiləni göstərir (1 dövr)

Doldurma müddətinin sonunda ADC kondansatörü sabit bir sürətlə boşaldır, daxili sayğac isə kondansatörün boşaldılması zamanı saat impulslarının sayını hesablayır. Buna görə daha uzun boşalma müddəti daha böyük sayğac oxuna və daha böyük ölçülən gərginliyə uyğun gəlir (Şəkil 6).

Push-pull ADC-lər yüksək dəqiqliyə və yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir, həmçinin nisbətən sadə quruluşa malikdir. Bu, onları inteqral sxemlər şəklində həyata keçirməyə imkan verir. Belə ADC-lərin əsas çatışmazlığı inteqrasiya dövrünün enerji təchizatı dövrünün müddəti ilə bağlı olması səbəbindən uzun çevrilmə müddətidir. Məsələn, 50 Hz avadanlıq üçün təkan-çəkmə ADC-nin seçmə sürəti 25 nümunə/san-dan çox deyil. Əlbəttə ki, belə ADC-lər daha yüksək seçmə dərəcəsi ilə də işləyə bilər, lakin sonuncu artdıqca səs-küy toxunulmazlığı azalır.

ADC spesifikasiyası

Analoqdan rəqəmsal çeviricilərə münasibətdə çox istifadə edilən ümumi təriflər var. Bununla belə, ADC istehsalçılarının texniki sənədlərində verilən spesifikasiyalar olduqca çaşqın görünə bilər. Müəyyən bir tətbiq üçün xüsusiyyətləri baxımından optimal olan ADC-nin düzgün seçilməsi texniki sənədlərdə verilmiş məlumatların dəqiq şərhini tələb edir.

Həqiqi bir ADC-nin bu iki xarakteristikası olduqca zəif əlaqəli olsa da, ən çox qarışıq olan parametrlər qətnamə və dəqiqlikdir. Qətnamə dəqiqliklə eyni deyil, 12 bitlik ADC 8 bitlik ADC-dən daha az dəqiqliyə malik ola bilər. ADC üçün ayırdetmə ölçülən analoq siqnalın giriş diapazonunun neçə seqmentə bölünə biləcəyinin ölçüsüdür (məsələn, 8 bitlik ADC üçün bu, 28 = 256 seqmentdir). Dəqiqlik, çevrilmə nəticəsinin verilmiş giriş gərginliyi üçün ideal dəyərindən ümumi sapmasını xarakterizə edir. Yəni, rezolyusiya ADC-nin potensial imkanlarını xarakterizə edir və dəqiqlik parametrləri toplusu belə potensial qabiliyyətin mümkünlüyünü müəyyən edir.

ADC giriş analoq siqnalını çıxış rəqəmsal koduna çevirir. İnteqral sxemlər şəklində istehsal olunan real çeviricilər üçün konversiya prosesi ideal deyil: həm istehsal zamanı parametrlərin texnoloji yayılması, həm də müxtəlif xarici müdaxilələr təsir göstərir. Buna görə də ADC-nin çıxışındakı rəqəmsal kod xəta ilə müəyyən edilir. ADC üçün spesifikasiya çeviricinin özünün verdiyi səhvləri göstərir. Onlar adətən statik və dinamik bölünür. Eyni zamanda, ADC-nin hansı xüsusiyyətlərinin həlledici hesab ediləcəyini müəyyən edən, hər bir konkret halda ən vacib olan son tətbiqetmədir.

Statik xəta

Əksər tətbiqlərdə, giriş gərginliyinin sabit fiziki kəmiyyətə mütənasib olduğu yerlərdə yavaş-yavaş dəyişən, aşağı tezlikli siqnalı (məsələn, temperatur sensoru, təzyiq sensoru, gərginlikölçən və s.) ölçmək üçün ADC istifadə olunur. Burada əsas rolu statik ölçmə xətası oynayır. ADC spesifikasiyasında bu növ xəta əlavə xəta (Offset), çarpma xətası (Tammiqyaslı), diferensial qeyri-xəttilik (DNL), inteqral qeyri-xəttilik (INL) və kvantlaşdırma xətası ilə müəyyən edilir. Bu beş xüsusiyyət ADC-nin statik xətasını tam təsvir etməyə imkan verir.

ADC-nin İdeal Transfer Cavabı

ADC-nin ötürmə xarakteristikası ADC çıxışındakı kodun onun girişindəki gərginlikdən asılılığının funksiyasıdır. Belə bir qrafik 2N "addımların" hissə-hissə xətti funksiyasıdır, burada N ADC bit dərinliyidir. Bu funksiyanın hər bir üfüqi seqmenti ADC çıxış kodunun dəyərlərindən birinə uyğundur (bax Şəkil 7). Bu üfüqi seqmentlərin başlanğıclarını xətlərlə birləşdirsək (bir kod dəyərindən digərinə keçid sərhədlərində), o zaman ideal ötürmə xarakteristikası başlanğıcdan keçən düz xətt olacaqdır.

düyü. 7. 3 bitlik ADC-nin ideal ötürmə xarakteristikası

düyü. 7 kod keçid sərhədlərində kəsilmə nöqtələri olan 3 bitlik ADC üçün ideal ötürmə xarakteristikasını təsvir edir. Giriş siqnalı 0 və 1/8 tam miqyas arasında olduqda çıxış kodu ən kiçik dəyəri (000b) alır (bu ADC-nin maksimum kod dəyəri). Həmçinin nəzərə alın ki, ADC tam miqyasda deyil, tam miqyasda 7/8-də tam miqyaslı kod dəyərinə (111b) çatacaq. Bu. Çıxışda maksimum dəyərə keçid tam miqyaslı gərginlikdə deyil, giriş tam miqyaslı gərginlikdən ən az əhəmiyyətli rəqəmdən (LSB) az olan dəyərdə baş verir. Transfer xarakteristikası -1/2 LSB ofseti ilə həyata keçirilə bilər. Bu, köçürmə xarakteristikasını sola sürüşdürməklə əldə edilir ki, bu da kvantlaşdırma xətasını -1...0 LSB-dən -1/2...+1/2 LSB-yə dəyişir.

düyü. 8. 3-bit ADC-nin ötürmə xarakteristikası -1/2LSB ilə ofset

İnteqral sxemlərin istehsalında parametrlərin texnoloji yayılması səbəbindən real ADC-lər ideal ötürmə xarakteristikasına malik deyillər. İdeal ötürmə xarakteristikasından kənarlaşmalar ADC-nin statik xətasını təyin edir və texniki sənədlərdə verilir.

ADC-nin ideal ötürmə xarakteristikası mənşəyi kəsir və ilk kod keçidi 1 LSB dəyərinə çatdıqda baş verir. Əlavə xəta (ofset xətası) Şəkil 9-da göstərildiyi kimi bütün ötürmə xarakteristikasının giriş gərginliyi oxuna nisbətən sola və ya sağa sürüşməsi kimi müəyyən edilə bilər. Beləliklə, 1/2 LSB ofseti qəsdən əlavə ADC xətasının tərifinə daxil edilir.

düyü. 9. Əlavə xəta (Offset xətası)

Multiplikativ xəta

Multiplikativ xəta (tam miqyaslı xəta) sıfır əlavə xəta (ofset yoxdur) şərti ilə maksimum çıxış dəyəri nöqtəsində ideal və faktiki ötürmə xüsusiyyətləri arasındakı fərqdir. Bu, Şəkil 1-də təsvir olunan köçürmə funksiyasının yamacında dəyişiklik kimi özünü göstərir. on.

düyü. 10. Multiplikativ xəta (Tam miqyaslı xəta)

İdeal ADC ötürmə xarakteristikası üçün hər bir "addım"ın eni eyni olmalıdır. 2N "addımların" bu parça-xətti funksiyasının üfüqi seqmentlərinin uzunluğundakı fərq diferensial qeyri-xəttidir (DNL).

ADC-nin ən az əhəmiyyətli bitinin qiyməti Vref/2N-dir, burada Vref istinad gərginliyidir, N ADC-nin ayırdetmə qabiliyyətidir. Hər bir kod keçidi arasındakı gərginlik fərqi LSB dəyərinə bərabər olmalıdır. Bu fərqin LSB-dən kənara çıxması diferensial qeyri-xətti kimi müəyyən edilir. Şəkildə bu, kodun "addımları" arasında qeyri-bərabər boşluqlar və ya ADC ötürmə xarakteristikasında keçid sərhədlərinin "bulanıqlaşması" kimi göstərilir.

düyü. 11. Diferensial qeyri-xəttilik (DNL)

İnteqral qeyri-xəttilik

İnteqral qeyri-xəttilik (INL) Şəkil 1-də göstərildiyi kimi ADC ötürmə xarakteristikasının xətti funksiyasının düz xəttdən sapması nəticəsində yaranan xətadır. 12. Tipik olaraq, inteqral qeyri-xətti olan köçürmə funksiyası ən kiçik kvadratlar metodundan istifadə edərək düz xətt ilə yaxınlaşdırılır. Çox vaxt uyğun düz xətt sadəcə ən kiçik və ən böyük dəyərləri birləşdirir. İnteqral qeyri-xəttilik kod keçidlərinin baş verdiyi gərginliklərin müqayisəsi ilə müəyyən edilir. İdeal bir ADC üçün bu keçidlər LSB-nin tam qatları olan giriş gərginliklərində baş verəcəkdir. Həqiqi bir çevirici üçün belə bir vəziyyət bir səhvlə qarşılana bilər. Kod keçidinin baş verdiyi "ideal" gərginlik səviyyələri ilə onların real dəyərləri arasındakı fərq LSB vahidlərində ifadə edilir və inteqral qeyri-xətti adlanır.

düyü. 12. İnteqral qeyri-xəttilik (INL)

Kvantlaşdırma xətası

ADC ölçmələrində ən əhəmiyyətli səhv komponentlərindən biri, kvantlaşdırma xətası, çevrilmə prosesinin özünün nəticəsidir. Kvantlaşdırma xətası kvantlaşdırma addımının dəyərinin yaratdığı xətadır və belə müəyyən edilir? ən az əhəmiyyətli rəqəm (LSB) dəyəri. Analoqdan rəqəmə çevirmə zamanı onu istisna etmək olmaz, çünki o, çevrilmə prosesinin tərkib hissəsidir, ADC-nin həlli ilə müəyyən edilir və bərabər qətnamə ilə ADC-dən ADC-yə dəyişmir.

Dinamik xüsusiyyətlər

Bir ADC-nin dinamik xüsusiyyətləri adətən bəzi test giriş siqnalına uyğun gələn ADC çıxış dəyərlərinin massivində sürətli Furye çevrilməsinin (FFT) həyata keçirilməsinin nəticələrindən spektral analizdən istifadə etməklə müəyyən edilir.

Əncirdə. 13 ölçülmüş siqnalın tezlik spektrinin nümunəsini göstərir. Sıfır harmonik giriş siqnalının əsas tezliyinə uyğundur. Qalan hər şey harmonik təhrif, termal səs-küy, 1/f səs-küy və kvantlaşdırma səs-küyündən ibarət səs-küydür. Bəzi səs-küy komponentləri ADC-nin özü tərəfindən yaradılır, bəziləri xarici dövrələrdən ADC-yə daxil ola bilər. Harmonik təhrif, məsələn, ölçülmüş siqnalda ola bilər və eyni zamanda çevrilmə prosesi zamanı ADC tərəfindən yaradıla bilər.

düyü. 13. ADC-nin çıxış verilənləri üzrə FFT-nin icrasının nəticəsi

Siqnal-küy nisbəti

Siqnalın səs-küyə nisbəti (SNR) giriş siqnalının orta dəyərinin desibellə ifadə olunan səs-küyün (harmonik təhrif istisna olmaqla) orta dəyərinə nisbətidir:

SNR(dB) = 20 log [ Vsignal(rms)/ Vnoise(rms) ]

Bu dəyər faydalı siqnala nisbətdə ölçülmüş siqnalda səs-küyün nisbətini təyin etməyə imkan verir.

düyü. 14. SNR - Siqnal səs-küy nisbəti

düyü. 15. FFT Harmonik Təhrifi əks etdirir

SNR hesablamasında ölçülən səs-küyə harmonik təhrif daxil deyil, kvantlaşdırma səs-küyü daxildir. Müəyyən bir qətnamə ilə bir ADC üçün, çeviricinin imkanlarını nəzəri cəhətdən daha yaxşı siqnal-səs nisbətinə məhdudlaşdıran kvantlaşdırma səs-küyüdür və bu, aşağıdakı kimi müəyyən edilir:

SNR(db) = 6,02 N + 1,76,

burada N ADC-nin həllidir.

Standart arxitekturaların ADC kvantlama səs-küy spektri vahid tezlik paylanmasına malikdir. Buna görə də, bu səs-küyün miqyasını çevirmə vaxtını artırmaqla və sonra nəticələri ortalaşdırmaqla azaltmaq olmaz. Kvantlaşdırma səs-küyü yalnız daha böyük ADC ilə ölçmə aparmaqla azaldıla bilər.

Siqma-delta ADC-nin xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, onun kvantlaşdırma səs-küy spektri tezlik üzrə qeyri-bərabər paylanmışdır - yüksək tezliklərə doğru sürüşür. Buna görə də, ölçmə vaxtını (və müvafiq olaraq ölçülmüş siqnalın nümunələrinin sayını) artırmaqla, əldə edilmiş nümunəni toplamaq və sonra orta hesabla (aşağı keçid filtri) daha yüksək dəqiqliklə ölçmə nəticəsi əldə etmək olar. Təbii ki, bu halda ümumi çevrilmə müddəti artacaq.

ADC səs-küyünün digər mənbələrinə termal səs-küy, 1/f səs-küy və istinad titrəməsi daxildir.

Ümumi harmonik təhrif

Məlumatların çevrilməsinin nəticələrində qeyri-xəttilik harmonik təhrifin görünüşünə səbəb olur. Belə təhriflər ölçülmüş siqnalın cüt və tək harmoniklərində tezlik spektrində "emissiya" kimi müşahidə olunur (şək. 15).

Bu təhrif ümumi harmonik təhrif (THD) kimi müəyyən edilir. Onlar aşağıdakı kimi müəyyən edilir:

Harmonik təhrifin miqdarı yüksək tezliklərdə harmoniklərin amplitudasının səs-küy səviyyəsindən daha az olacağı nöqtəyə qədər azalır. Beləliklə, harmonik təhrifin çevrilmə nəticələrinə verdiyi töhfəni təhlil etsək, bu, ya bütün tezlik spektrində, harmoniklərin amplitudasını səs-küy səviyyəsi ilə məhdudlaşdırmaqla və ya təhlil üçün bant genişliyini məhdudlaşdırmaqla edilə bilər. Məsələn, sistemimizdə aşağı keçid filtri varsa, o zaman bizi yüksək tezliklər maraqlandırmır və yüksək tezlikli harmoniklər uçota alınmır.

Siqnal-küy nisbəti və təhrif

Siqnal-küy və təhrif nisbəti (SiNAD) ADC-nin səs-küy xüsusiyyətlərini daha tam təsvir edir. SiNAD faydalı siqnala münasibətdə həm səs-küyün, həm də harmonik təhrifin miqdarını nəzərə alır. SiNAD aşağıdakı düsturla hesablanır:

düyü. 16. Harmoniklərdən azad dinamik diapazon

Mikrosxemlər üçün texniki sənədlərdə verilmiş ADC spesifikasiyası müəyyən bir tətbiq üçün bir çeviricinin əsaslı şəkildə seçilməsinə kömək edir. Nümunə olaraq, Silicon Laboratories tərəfindən istehsal olunan yeni C8051F064 mikro nəzarət cihazına inteqrasiya olunmuş ADC-nin spesifikasiyasını nəzərdən keçirək.

Mikro nəzarətçi C8051F064

C8051F064 kristal iki inteqrasiya olunmuş 16 bitlik ardıcıl yaxınlaşma ADC-ləri ilə analoq və rəqəmsal siqnalların birgə emalı üçün yüksək sürətli 8 bitlik mikrokontrollerdir. Quraşdırılmış ADC-lər 1M nümunə/san maksimum performansla tək telli və diferensial rejimlərdə işləyə bilər. Cədvəl C8051F064 mikrokontrolörün ADC-nin əsas xüsusiyyətlərini göstərir. C8051F064-ün rəqəmsal və analoq emal imkanlarını özünüz qiymətləndirmək üçün siz ucuz C8051F064EK qiymətləndirmə dəstindən istifadə edə bilərsiniz (Şəkil 17). Dəstə C8051F064 əsasında qiymətləndirmə lövhəsi, USB kabel, sənədlər və inteqrasiya olunmuş yüksək dəqiqlikli 16 bitlik ADC-nin analoq dinamik və statik xüsusiyyətlərini sınamaq üçün proqram təminatı daxildir.

Cədvəl. V DD = 3,0 V, AV+ = 3,0 V, AVDD = 3,0 V, V REF = 2,50 V (REFBE=0), -40 ilə +85° arası, başqa cür qeyd olunmayıbsa

düyü. 17. Qiymətləndirmə dəsti C8051F064EK

Ədəbiyyat

1. http://www.wbc-europe.com/en/services/pim_application_guide.html
2. www.silabs.com

Wolfgang Reis (WBC GmbH)

Mühazirə №3

“Analoqdan rəqəmə və rəqəmsaldan analoqa çevrilmə”.

Mikroprosessor sistemlərində impuls elementinin rolunu analoqdan rəqəmə çevirici (ADC), ekstrapolyator rolunu isə rəqəmsal-analoq çevirici (DAC) yerinə yetirir.

Analoqdan rəqəmsal çevrilmə analoq siqnalda olan məlumatı rəqəmsal koda çevirməkdir . Rəqəmsaldan analoqa çevrilmə tərs vəzifəni yerinə yetirmək üçün nəzərdə tutulmuşdur, yəni. rəqəmsal kod kimi göstərilən nömrəni ekvivalent analoq siqnala çevirmək.

ADC-lər, bir qayda olaraq, analoq əks əlaqə siqnallarını sistemin rəqəmsal hissəsi tərəfindən qəbul edilən kodlara çevirmək üçün rəqəmsal idarəetmə sistemlərinin əks əlaqə sxemlərində quraşdırılır. Bu. ADC-lər bir neçə funksiyanı yerinə yetirir, məsələn: müvəqqəti seçmə, səviyyənin kvantlaşdırılması, kodlaşdırma. ADC-nin ümumiləşdirilmiş blok sxemi Şəkil 3.1-də göstərilmişdir.

ADC-nin girişinə cərəyan və ya gərginlik şəklində bir siqnal verilir, çevrilmə prosesi zamanı səviyyə ilə kvantlanır. 3 bitlik ADC-nin ideal statik reaksiyası Şəkil 3.2-də göstərilmişdir.

Giriş siqnalları --dən diapazonda istənilən qiymət ala bilər Umax - Umax , və çıxışlar səkkiz (2 3) diskret səviyyəyə uyğundur. ADC çıxış kodunun bir dəyərindən digər bitişik dəyərə keçidin olduğu giriş gərginliyinin dəyəri deyilir. kod keçid gərginliyi. Kodlərarası keçidlərin iki bitişik dəyəri arasındakı fərq deyilir kvantlaşdırma mərhələsi və ya ən az əhəmiyyətli rəqəm vahidi (LSD).Dönüşüm xarakteristikasının başlanğıc nöqtəsi kimi təyin olunan giriş siqnalının qiyməti ilə müəyyən edilən nöqtə adlanır

(3.1),

harada U 0.1 ilk interkod keçidinin gərginliyidir, ULSB – kvantlaşdırma mərhələsi ( LSB - Ən Az Əhəmiyyətli Bit ). çevrilmə nisbəti ilə müəyyən edilən giriş gərginliyinə uyğundur

(3.2).

ADC giriş gərginliyi diapazonu, dəyərlərlə məhdudlaşır U 0.1 və U N-1,N çağırdı giriş gərginliyi diapazonu.

(3.3).

Giriş gərginliyi diapazonu və LSB dəyəri N -bit ADC və DAC keçid nisbəti

(3.4).

Gərginlik

(3.5)

çağırdı tam miqyaslı gərginlik ( FSR-Tam Ölçək Aralığı ). Tipik olaraq, bu parametr ADC-yə qoşulmuş gərginlik istinadının çıxış siqnal səviyyəsi ilə müəyyən edilir. Kvantlaşdırma addımının dəyəri və ya ən az əhəmiyyətli bitin vahidi, yəni. bərabərdir

(3.6),

və ən əhəmiyyətli rəqəmin vahid dəyəri

(3.7).

Şəkil 3.2-dən göründüyü kimi, çevrilmə zamanı ən az əhəmiyyətli rəqəmin dəyərinin yarısından çox olmayan xəta baş verir. U LSB /2.

Dəqiqliyi və sürəti ilə fərqlənən analoqdan rəqəmə çevirməyin müxtəlif üsulları var. Əksər hallarda bu xüsusiyyətlər bir-birinə ziddir. Hal-hazırda, ardıcıl yaxınlaşmaların ADC-ləri (bit üzrə balanslaşdırma), ADC-ləri birləşdirən, paralel ( Flaş ) ADC, "sigma-delta" ADC və s.

Ardıcıl yaxınlaşmaların ADC-nin blok diaqramı Şəkil 3.3-də göstərilmişdir.

Cihazın əsas elementləri komparator (K), rəqəmsal-analoq çevirici (DAC) və məntiqi idarəetmə sxemidir. Konversiya prinsipi çıxış kodunun müxtəlif kombinasiyalarına uyğun gələn siqnal səviyyələri ilə daxil olan siqnal səviyyəsinin ardıcıl müqayisəsinə və müqayisələrin nəticələrinə əsasən alınan kodun formalaşmasına əsaslanır. Müqayisə edilmiş kodların ardıcıllığı yarım bölmə qaydasını təmin edir. Dönüşümün əvvəlində DAC-nin giriş kodu ən yüksək bitdən başqa bütün bitlərin 0, ən yüksək bitin isə 1 olduğu vəziyyətə gətirilir. Bu birləşmə ilə giriş gərginliyi diapazonunun yarısına bərabər olan gərginlik DAC çıxışında yaradılır. Bu gərginlik komparatordakı giriş gərginliyi ilə müqayisə edilir. Əgər giriş siqnalı DAC-dan gələn siqnaldan böyükdürsə, o zaman çıxış kodunun ən əhəmiyyətli biti 1-ə təyin edilir, əks halda 0-a sıfırlanır. Növbəti dövrədə bu şəkildə qismən formalaşan kod yenidən qidalanır. DAC girişinə növbəti bit birinə təyin edilir və müqayisə təkrarlanır. Proses ən az əhəmiyyətli bit müqayisə edilənə qədər davam edir. Bu. formalaşdırmaq N - bit çıxış kodu lazımdır N eyni elementar müqayisə dövrləri. Bu o deməkdir ki, başqa şeylər bərabər olduqda, belə bir ADC-nin sürəti onun tutumunun artması ilə azalır. Ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin daxili elementləri (DAC və komparator) ADC-nin LSB-nin yarısından daha yaxşı dəqiqliyə malik olmalıdır.

Paralelin struktur diaqramı ( Flaş ) ADC Şəkil 3.4-də göstərilmişdir.

Bu halda, giriş gərginliyi dərhal eyni adlı girişlərlə müqayisə üçün tətbiq edilir. N -1 müqayisə. Müqayisəli cihazların əks girişləri istinad gərginlik mənbəyinə qoşulmuş yüksək dəqiqlikli gərginlik bölücüdən siqnallar alır. Bu halda, ayırıcının çıxışlarından gələn gərginliklər giriş siqnalının bütün diapazonu boyunca bərabər paylanır. Prioritet kodlayıcı çıxış aktivləşdirilmiş ən yüksək müqayisəçiyə uyğun rəqəmsal çıxış yaradır. Bu. təmin etmək N -bit çevrilməsi lazımdır 2 N ayırıcı rezistorlar və 2 N -1 müqayisə. Bu, ən sürətli çevirmə üsullarından biridir. Bununla belə, böyük bir tutumla, böyük avadanlıq xərcləri tələb edir. Bütün bölücü rezistorların və komparatorların dəqiqliyi yenə də ən az əhəmiyyətli bitin dəyərinin yarısından daha yaxşı olmalıdır.

Qoşa inteqrasiyalı ADC-nin blok diaqramı Şəkil 3.5-də göstərilmişdir.

Sistemin əsas elementləri açarlardan ibarət analoq açardır SW 1, SW 2, SW 3, inteqrator I, komparator K və sayğac C. Konversiya prosesi üç mərhələdən ibarətdir (şək. 3.6).

Açar birinci mərhələdə bağlıdır SW 1 və qalan açarlar açıqdır. Şəxsi açar vasitəsilə SW Şəkil 1, giriş siqnalını sabit vaxt intervalında birləşdirən inteqratora giriş gərginliyi tətbiq edilir. Bu vaxt intervalından sonra inteqratorun çıxış siqnalının səviyyəsi giriş siqnalının qiyməti ilə mütənasib olur. Transformasiyanın ikinci mərhələsində açardır SW 1 açılır və açar SW 2 bağlanır və inteqratorun girişinə istinad gərginlik mənbəyindən siqnal verilir. İnteqrator kondensatoru ilk çevrilmə intervalında yığılmış gərginlikdən istinad gərginliyinə mütənasib sabit sürətlə boşalır. Bu mərhələ inteqratorun çıxış gərginliyi sıfıra enənə qədər davam edir, bunu inteqratorun siqnalını sıfırla müqayisə edən komparatorun çıxış siqnalı sübut edir. İkinci mərhələnin müddəti çeviricinin giriş gərginliyi ilə mütənasibdir. Bütün ikinci mərhələdə sayğaca kalibrlənmiş tezliyə malik yüksək tezlikli impulslar verilir. Bu. ikinci mərhələdən sonra sayğacın rəqəmsal oxunuşları giriş gərginliyinə mütənasibdir. Bu üsulla komponentlərin dəqiqliyinə və sabitliyinə yüksək tələblər qoymadan çox yaxşı dəqiqliyə nail olmaq olar. Xüsusilə, inteqratorun tutumunun sabitliyi yüksək olmaya bilər, çünki yükləmə və boşalma dövrləri tutumla tərs mütənasib sürətlə baş verir. Bundan əlavə, komparptor sürüşməsi və ofset xətaları, çevrilmənin hər mərhələsinin eyni gərginlikdə başlaması və bitməsi faktı ilə kompensasiya edilir. Dəqiqliyi artırmaq üçün inteqratorun açar vasitəsilə daxil edilməsi zamanı çevrilmənin üçüncü mərhələsi istifadə olunur. SW 3 sıfır siqnaldır. Bu mərhələdə eyni inteqrator və komparatordan istifadə edildiyindən, sonrakı ölçmə nəticəsindən sıfırda çıxış xətası dəyərinin çıxarılması sıfıra yaxın ölçmələrlə əlaqəli səhvləri kompensasiya etməyə imkan verir. Ciddi tələblər sayğaca verilən saat impulslarının tezliyinə belə qoyulmur, çünki eyni impulslardan çevrilmənin birinci mərhələsində sabit vaxt intervalı formalaşır. Yalnız boşalma cərəyanına ciddi tələblər qoyulur, yəni. istinad gərginlik mənbəyinə. Bu çevirmə metodunun dezavantajı aşağı sürətdir.

ADC-lər sistemə qoyulan tələblərə əsasən müəyyən bir cihazın seçilməsini həyata keçirməyə imkan verən bir sıra parametrlərlə xarakterizə olunur. Bütün ADC parametrlərini iki qrupa bölmək olar: statik və dinamik. Birincisi, sabit və ya yavaş dəyişən giriş siqnalı ilə işləyərkən cihazın dəqiqlik xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir, ikincisi isə cihazın sürətini giriş siqnalının artan tezliyi ilə dəqiqliyi qorumaq kimi xarakterizə edir.

Giriş siqnalının sıfır yaxınlığında yerləşən kvantlaşdırma səviyyəsi kodlararası keçidlərin gərginliklərinə uyğundur –0,5 U LSB və 0,5 U LSB (birincisi yalnız bipolyar giriş siqnalı halında baş verir). Bununla belə, real cihazlarda bu interkod keçidlərinin gərginlikləri bu ideal dəyərlərdən fərqli ola bilər. Kodlərarası keçidlərin bu gərginliklərinin real səviyyələrinin ideal dəyərlərindən sapması deyilir bipolyar sıfır ofset xətası ( Bipolyar sıfır xətası ) və unipolar sıfır ofset xətası ( Sıfır Ofset Xətası ) müvafiq olaraq. Bipolyar diapazonlarda dönüşümlər adətən sıfır ofset xətasından, birqütblü diapazonlarda isə birqütblü ofset xətasından istifadə edir. Bu səhv absis oxu boyunca ideal xarakteristikaya nisbətən real çevrilmə xarakteristikasının paralel yerdəyişməsinə gətirib çıxarır (şək. 3.7).

Son interkod keçidinə uyğun gələn giriş siqnalı səviyyəsinin ideal dəyərindən sapması U FSR -1,5 U LSB , adlanır tam miqyaslı xəta ( Tam miqyas xətası).

ADC çevrilmə faktoru real çevrilmə xarakteristikasının başlanğıc və son nöqtələrindən keçən düz xəttin yamacının tangensi adlanır. Dönüşüm əmsalının həqiqi və ideal dəyəri arasındakı fərq deyilir çevrilmə faktoru xətası ( Qazanma xətası ) (şək. 3.7).Bura şkalanın sonundakı xətalar daxildir, lakin şkalanın sıfır xətası daxil deyil. Birqütblü diapazon üçün tam miqyaslı xəta ilə birqütblü sıfır ofset xətası arasındakı fərq kimi müəyyən edilir, bipolyar diapazon üçün isə tam miqyaslı xəta ilə bipolyar sıfır ofset xətası arasındakı fərqdir. Əslində, hər halda, bu, sonuncu və ilk kodlərarası keçidlər arasındakı ideal məsafənin sapmasıdır (bərabər U FSR -2 U LSB ) real dəyərindən.

Sıfır ofset və çevrilmə faktoru xətaları ADC preamplifikatorunun tənzimlənməsi ilə kompensasiya edilə bilər. Bunu etmək üçün ən azı 0,1 dəqiqliyi olan bir voltmetrə sahib olmalısınız ULSB . Bu iki səhvin müstəqilliyi üçün əvvəlcə sıfır ofset xətası, sonra isə transformasiya əmsalı xətası düzəldilir.ADC sıfır ofset xətasını düzəltmək üçün aşağıdakıları etməlisiniz:

1. Giriş gərginliyini tam olaraq 0,5-ə təyin edin U LSB ;

2. ADC 00…01 vəziyyətinə keçənə qədər ADC qabaqcadan gücləndirici ofsetini tənzimləyin.

Dönüşüm əmsalı xətasını düzəltmək üçün aşağıdakıları etməlisiniz:

1. Giriş gərginliyini tam olaraq səviyyədə təyin edin U FSR -1,5 U LSB ;

2. ADC 11…1 vəziyyətinə keçənə qədər ADC əvvəlcədən gücləndirici qazancını tənzimləyin.

ADC dövrəsinin elementlərinin qeyri-kamilliyinə görə ADC xüsusiyyətlərinin müxtəlif nöqtələrində addımlar bir-birindən böyüklükdə fərqlənir və bərabər deyildir. U LSB (Şəkil 3.8).

İki bitişik real kvantlaşdırma addımının orta nöqtələri arasındakı məsafənin kvantlaşdırma addımının ideal qiymətindən sapması ULSB çağırdı diferensial qeyri-xəttilik (DNL - Diferensial Qeyri-xəttilik).Əgər DNL daha böyük və ya bərabərdir ULSB , onda ADC-də sözdə “itkin kodlar” ola bilər (şək. 3.3). Bu, qapalı idarəetmə sistemlərində sabitliyin itirilməsinə səbəb ola bilən ADC ötürmə əmsalında yerli kəskin dəyişikliyə səbəb olur.

Çıxış siqnalını müəyyən bir dəqiqliklə saxlamağın vacib olduğu tətbiqlər üçün ADC-nin çıxış kodlarının interkod keçidlərinin gərginliklərinə mümkün qədər uyğun olması vacibdir. Həqiqi ADC xarakteristikası üzrə kvantlaşdırma pilləsi mərkəzinin xətti xarakteristikadan maksimum kənarlaşması adlanır. inteqral qeyri-xəttilik (INL - İnteqral Qeyri-xəttilik) və yanisbi dəqiqlik (Nisbi Dəqiqlik) ADC (Şəkil 3.9).

Xətti xarakteristikası həqiqi çevrilmə xarakteristikasının həddindən artıq nöqtələri vasitəsilə, onlar kalibrləndikdən sonra çəkilir, yəni. sıfır ofset və konversiya faktoru xətalarını aradan qaldırdı.

Diferensial və inteqral qeyri-xəttilikdəki səhvləri sadə vasitələrlə kompensasiya etmək praktiki olaraq mümkün deyil.

ADC həlli ( Görüntü imkanı ) ADC çıxışında kod birləşmələrinin maksimum sayının əksidir

(3.8).

Bu parametr ADC-nin hansı minimum giriş siqnalı səviyyəsini (tam amplituda siqnalına nisbətən) qəbul edə biləcəyini müəyyən edir.

Dəqiqlik və həlledicilik iki müstəqil xüsusiyyətdir. Giriş siqnalının verilmiş dinamik diapazonunu təmin etmək vacib olduqda həlledici rol oynayır. Nəzarət edilən dəyəri müəyyən bir dəqiqliklə müəyyən bir səviyyədə saxlamaq tələb olunduqda dəqiqlik həlledicidir.

ADC dinamik diapazonu (DR - Dinamik Aralıq ) qəbul edilən maksimum giriş gərginliyi səviyyəsinin dB ilə ifadə olunan minimuma nisbətidir

(3.9).

Bu parametr ADC-nin ötürə biləcəyi maksimum məlumat miqdarını müəyyən edir. Beləliklə, 12 bitlik ADC üçün DR=72 dB.

Həqiqi ADC-lərin xüsusiyyətləri real qurğunun elementlərinin qeyri-kamilliyinə görə ideal cihazların xüsusiyyətlərindən fərqlənir. Real ADC-ləri xarakterizə edən bəzi parametrləri nəzərdən keçirək.

siqnal-küy nisbəti(SNR - Siqnal səs-küy nisbəti ) daimi cərəyan komponenti istisna olmaqla, seçmə tezliyinin yarısına qədər bütün digər spektral komponentlərin cəmi kimi müəyyən edilən, giriş sinusoidal siqnalının orta dəyərinin səs-küyün orta dəyərinə nisbətidir. Mükəmməl üçün N -yalnız kvantlama səs-küyü yaradan bit ADC SNR , desibellə ifadə olunan kimi müəyyən edilə bilər

(3.10),

harada N - ADC-nin bit dərinliyi. Beləliklə, 12 bitlik ideal ADC üçün SNR =74 dB. Bu dəyər eyni ADC-nin dinamik diapazon qiymətindən böyükdür. qəbul edilən siqnalın minimum səviyyəsi səs-küy səviyyəsindən çox olmalıdır. Bu düstur yalnız kvantlaşdırma səs-küyünü nəzərə alır və real ADC-lərdə mövcud olan digər səs-küy mənbələrini nəzərə almır. Buna görə də dəyərlər SNR real ADC-lər üçün, bir qayda olaraq, idealdan azdır. tipik dəyər SNR real 12 bitlik ADC üçün 68-70 dB-dir.

Əgər giriş siqnalının yelləncəyi azdırsa U FSR , onda sonuncu düsturun düzəldilməsi lazımdır

(3.11),

burada KOS dB ilə ifadə edilən giriş siqnalının zəifləməsidir. Beləliklə, 12 bitlik ADC-nin giriş siqnalı tam miqyaslı gərginliyin yarısından 10 dəfə az amplituda malikdirsə, KOS = -20 dB və SNR=74dB - 20dB=54dB.

Real dəyər SNR üçün istifadə oluna bilər ADC bitlərinin effektiv sayının müəyyən edilməsi( ENOB - Bitlərin Effektiv Sayı ). Düsturla müəyyən edilir

(3.12).

Bu göstərici real ADC-nin faktiki qərar vermə qabiliyyətini xarakterizə edə bilər.Beləliklə, 12 bitlik ADC, SNR FOS=-20dB olan siqnal üçün =68dB əslində 7-bitdir ( ENOB=7,68). ENOB dəyəri giriş siqnalının tezliyindən güclü şəkildə asılıdır, yəni. ADC-nin effektiv bit dərinliyi artan tezliklə azalır.

Ümumi harmonik təhrif ( THD - Ümumi harmonik təhrif ) bütün yüksək harmoniklərin RMS dəyərlərinin cəminin əsas harmoniklərin RMS dəyərinə nisbətidir.

(3.13),

harada n adətən 6 və ya 9 səviyyəsində məhdudlaşdırır.Bu parametr girişlə müqayisədə ADC-nin çıxış siqnalının harmonik təhrif səviyyəsini xarakterizə edir. THD giriş siqnalının tezliyi ilə artır.

Tam güc bant genişliyi ( FPBW - Tam Güc Genişliyi ) yenidən qurulan fundamentalın amplitudasının 3 dB-dən çox olmayan azaldığı maksimum zirvədən zirvəyə giriş tezliyidir. Giriş siqnalının tezliyi artdıqca, analoq ADC sxemlərinin artıq dəyişiklikləri müəyyən bir dəqiqliklə işləməyə vaxtı yoxdur, bu da yüksək tezliklərdə ADC çevrilmə əmsalının azalmasına səbəb olur.

Yerləşdirmə vaxtı (Vaxt təyini ) giriş siqnalının tam diapazonuna bərabər amplitudalı addım siqnalı onun girişinə tətbiq edildikdən sonra ADC-nin öz nominal dəqiqliyinə çatması üçün tələb olunan vaxtdır. Bu parametr müxtəlif ADC qovşaqlarının sonlu sürətinə görə məhduddur.

Müxtəlif növ xətalara görə həqiqi ADC-nin xarakteristikası qeyri-xətti olur. Əgər spektri iki harmonikdən ibarət olan qeyri-xətti olan cihazın girişinə siqnal tətbiq edilirsə f a və f b , onda belə bir cihazın çıxış siqnalının spektrində əsas harmoniklərdən əlavə, tezlikləri olan intermodulyasiya subharmonikləri olacaqdır., harada m , n =1,2,3,… İkinci dərəcəli subharmoniklərdir f a + f b , f a - f b , üçüncü dərəcəli subharmoniklər 2-dir f a + f b , 2 f a - f b , f a +2 f b , f a -2 f b . Əgər giriş sinusoidləri bant genişliyinin yuxarı kənarına yaxın yerləşən yaxın tezliklərə malikdirsə, onda ikinci dərəcəli subharmoniklər giriş sinusoidlərindən çox uzaqda yerləşir və aşağı tezlik bölgəsində yerləşir, üçüncü dərəcəli subharmoniklər isə giriş tezliklərinə yaxın tezliklərə malikdir.

İntermodulyasiya təhrif faktoru ( Modullararası təhrif ) müəyyən nizamlı intermodulyasiya subharmonikalarının RMS dəyərlərinin cəminin dB ilə ifadə olunan əsas harmoniklərin RMS dəyərlərinin cəminə nisbətidir.

(3.14).

Analoqdan rəqəmə çevirmənin hər hansı bir üsulu başa çatdırmaq üçün müəyyən vaxt tələb edir. Altında ADC çevrilmə vaxtı ( Dönüşüm vaxtı ) analoq siqnalın ADC girişinə gəldiyi andan müvafiq çıxış kodu görünənə qədər olan vaxt intervalına aiddir. ADC-nin giriş siqnalı zamanla dəyişirsə, ADC-nin son çevrilmə vaxtı sözdə görünməsinə səbəb olur. diyafram xətası(şək.3.10).

Dönüşüm başlanğıc siqnalı bu anda gəlir t0 , və çıxış kodu bu anda görünür t1 . Bu müddət ərzində giriş siqnalı dəyərlə dəyişməyi bacardıD U . Qeyri-müəyyənlik yaranır: diapazonda giriş siqnalının dəyərinin hansı səviyyədə olması U 0 - U 0 + D U verilmiş çıxış koduna uyğundur. Dönüşüm dəqiqliyini ən az əhəmiyyətli rəqəm səviyyəsində saxlamaq üçün konvertasiya zamanı ADC girişindəki siqnal dəyərinin dəyişməsinin ən az əhəmiyyətli rəqəmin dəyərindən çox olmaması lazımdır.

(3.15).

Dönüşüm vaxtı ərzində siqnal səviyyəsinin dəyişməsi təxminən olaraq hesablana bilər

(3.16),

harada sən - ADC giriş gərginliyi, T c - çevrilmə vaxtı. (3.16)-nı (3.15)-ə əvəz edərək, əldə edirik

(3.17).

Əgər giriş tezlikli sinusoidal siqnaldırsa f

(3.18),

onda onun törəməsi olacaq

(3.19).

Kosinus 1-ə bərabər olduqda maksimum qiymət alır. Bunu nəzərə alaraq (3.7) ilə (3.9) əvəz edərək, əldə edirik.

, və ya

(3.20)

ADC-nin sonlu çevrilmə vaxtı giriş siqnalının dəyişmə sürətinin məhdudlaşdırılması tələbinə gətirib çıxarır. Apertura xətasını azaltmaq üçün və s. Konvertorun girişində ADC giriş siqnalının dəyişmə sürətinin həddi zəiflədilir. "nümunə saxlama cihazı" (SHA) (İzləmə/Tutma Bölməsi ). UVH-nin sadələşdirilmiş diaqramı Şəkil 3.11-də göstərilmişdir.

Bu cihazın iki iş rejimi var: seçmə rejimi və kilidləmə rejimi. Nümunə alma rejimi açarın qapalı vəziyyətinə uyğundur SW . Bu rejimdə SHA çıxış gərginliyi giriş gərginliyini təkrarlayır. Kilidləmə rejimi açarı açan əmrlə aktivləşdirilir SW . Bu halda, SHA-nın giriş və çıxışı arasında əlaqə kəsilir və çıxış siqnalı blokda yığılmış yük səbəbindən kilid əmrinin qəbul edildiyi anda giriş siqnalının səviyyəsinə uyğun sabit səviyyədə saxlanılır. kondansatör. Beləliklə, əgər saxlama əmri ADC çevrilməsi başlamazdan əvvəl verilirsə, SHA çıxış siqnalı bütün çevirmə vaxtı ərzində sabit səviyyədə saxlanılacaq. Dönüşüm tamamlandıqdan sonra SHA yenidən seçmə rejiminə keçir. Həqiqi SHA-nın işləməsi təsvir edilən ideal vəziyyətdən bir qədər fərqlidir (Şəkil 3.12).

(3.21),

harada f giriş siqnalının tezliyidir, t A diyafram qeyri-müəyyənliyinin böyüklüyüdür.

Həqiqi SHA-da çıxış siqnalı sonlu çevrilmə vaxtı ərzində tamamilə dəyişməz qala bilməz. Kondansatör çıxış tamponunun kiçik giriş cərəyanı ilə tədricən boşaldılacaq. Tələb olunan dəqiqliyi qorumaq üçün konversiya zamanı kondansatörün yükünün 0,5-dən çox dəyişməməsi lazımdır. ULSB.

Rəqəmsal-analoq çeviricilər adətən mikroprosessor sisteminin çıxışında onun çıxış kodlarını davamlı idarəetmə obyektinə tətbiq edilən analoq siqnala çevirmək üçün quraşdırılır. 3 bitlik DAC-ın ideal statik reaksiyası Şəkil 3.13-də göstərilmişdir.

Xarakterik başlanğıc nöqtəsi birinci (sıfır) giriş koduna uyğun gələn nöqtə kimi müəyyən edilir U 00…0 . Xarakterik son nöqtə son giriş koduna uyğun gələn nöqtə kimi müəyyən edilir U 11…1 . Çıxış gərginliyi diapazonu, LSB vahidi, sıfır ofset xətası, çevrilmə nisbəti xətası tərifləri ADC-nin təriflərinə bənzəyir.

Struktur təşkilat baxımından DAC-da bir çevirici qurmaq üçün daha kiçik seçimlər var. DAC-ın əsas strukturu sözdə olandır. “zəncir R -2 R sxemi” (şək. 3.14).

Dövrənin giriş cərəyanının olduğunu göstərmək asandır I in = U REF / R , və müvafiq olaraq dövrənin ardıcıl halqalarının cərəyanları Mən /2, mən /4, mən /8 və s. Giriş rəqəmsal kodunu çıxış cərəyanına çevirmək üçün çeviricinin çıxış nöqtəsində giriş kodunda vahidlərə uyğun olan qolların bütün cərəyanlarını toplamaq kifayətdir (şəkil 3.15).

Dönüştürücünün çıxış nöqtəsinə əməliyyat gücləndiricisi qoşulubsa, çıxış gərginliyi kimi müəyyən edilə bilər

(3.22),

harada K - rəqəmsal kodu daxil edin, N - DAC-nin bit dərinliyi.

Bütün mövcud DAC-lar iki böyük qrupa bölünür: cərəyan çıxışı olan DAC və gərginlikli çıxışlı DAC. Onların arasındakı fərq, DAC çipindəki əməliyyat gücləndiricisində son mərhələnin olmaması və ya olmasıdır. Gərginlikli çıxış DAC-ları daha tam cihazlardır və işləmək üçün daha az əlavə komponent tələb edir. Bununla belə, son mərhələ nərdivan dövrəsinin parametrləri ilə yanaşı, DAC-nin dinamik və dəqiqlik parametrlərini müəyyənləşdirir. DAC ilə eyni çipdə dəqiq yüksək sürətli əməliyyat gücləndiricisini həyata keçirmək çox vaxt çətindir. Buna görə də, yüksək sürətli DAC-lərin əksəriyyəti cari çıxışa malikdir.

Diferensial qeyri-xəttilik DAC üçün analoq çıxış siqnalının iki bitişik səviyyəsi arasındakı məsafənin ideal dəyərdən sapması kimi müəyyən edilir. ULSB . Diferensial qeyri-xəttiliyin böyük bir dəyəri DAC-nin monoton olmamasına səbəb ola bilər. Bu o deməkdir ki, rəqəmsal kodun artması xarakteristikanın bəzi hissəsində çıxış siqnalının azalmasına səbəb olacaqdır (şək. 3.16). Bu, sistemdə arzuolunmaz nəslin yaranmasına səbəb ola bilər.

İnteqral qeyri-xəttilik DAC üçün o, ilk və sonuncu koda uyğun gələn nöqtələr vasitəsilə çəkilmiş düz xəttdən analoq çıxış siqnalı səviyyəsinin tənzimlənməsindən sonra ən böyük sapması kimi müəyyən edilir.

Yerləşdirmə vaxtı DAC, DAC-nin çıxış siqnalının 0,5-dən çox olmayan bir xəta ilə müəyyən bir səviyyədə qurulacağı vaxt kimi müəyyən edilir. ULSB giriş kodu 00…0 dəyərindən 11…1 dəyərinə dəyişdikdən sonra. Əgər DAC-da giriş registrləri varsa, onda tənzimləmə vaxtının müəyyən hissəsi rəqəmsal siqnalların keçidində sabit ləngimə, yalnız qalan hissəsi isə DAC dövrəsinin özünün ətaləti ilə bağlıdır. Buna görə də, nizamlanma vaxtı adətən DAC girişinə yeni kodun gəldiyi andan deyil, yeni koda uyğun gələn çıxış siqnalının dəyişməyə başladığı andan çıxış siqnalının dəqiqliklə qurulduğu ana qədər ölçülür. 0,5U LSB (şək.3.17) .

Bu halda, çökmə vaxtı DAC-nin maksimum seçmə tezliyini müəyyən edir.

(3.23),

harada t S - məskunlaşma vaxtı.

Rəqəmsal DAC giriş sxemləri sonlu sürətə malikdir. Bundan əlavə, giriş kodunun müxtəlif bitlərinə uyğun gələn siqnalların yayılma sürəti elementlərin parametrlərinin və sxem xüsusiyyətlərinin yayılmasına görə eyni deyil. Nəticədə, DAC-nin nərdivan dövrəsinin qolları, yeni kod gəldikdə, sinxron deyil, bir-birinə nisbətən bir qədər gecikmə ilə dəyişir. Bu, DAC çıxış gərginlik diaqramında bir sabit dəyərdən digərinə keçərkən müxtəlif amplituda və istiqamətlərdə sünbüllərin müşahidə edilməsinə gətirib çıxarır (şək. 3.18).

Əməliyyat alqoritminə görə, DAC sıfır dərəcəli ekstrapolyatordur, tezlik reaksiyası ifadəsi ilə təmsil oluna bilər.

(3.24),

harada w s - seçmə tezliyi. DAC-nin tezlik reaksiyası Şəkil 3.20-də göstərilmişdir.

Göründüyü kimi, 0,5 tezliyindəw s bərpa edilmiş siqnal siqnalın aşağı tezlikli komponentləri ilə müqayisədə 3,92 dB zəiflədilir. Beləliklə, bərpa edilmiş siqnalın spektrinin bir qədər təhrifi var. Əksər hallarda, bu kiçik təhrif sistem parametrlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərmir. Bununla birlikdə, sistemin spektral xüsusiyyətlərinin artan xəttinin tələb olunduğu hallarda (məsələn, səs emal sistemlərində) DAC çıxışında yaranan spektri bərabərləşdirmək üçün tezlikli xüsusi bərpa filtri quraşdırmaq lazımdır. tipli cavab x/sin(x).