Existujú rôzne metódy na kompenzáciu statických chýb DAC. Hlavným klasifikačným znakom metód je trieda chýb, ktoré sa zohľadňujú. Na tomto základe sa rozlišujú tieto metódy:

1. Korekcia stupnice a nulového bodu charakteristiky;

2. Oprava odchýlky komutovaných opatrení;

3. Korekcia všeobecnej nelinearity (integrálnej aj diferenciálnej).

V prvom rade sa pri výrobe meničov vykonáva oprava chýb (technologická úprava). Často je to však žiaduce pri použití špecifickej vzorky LSI v konkrétnom zariadení. V druhom prípade sa korekcia vykonáva zavedením ďalších prvkov do štruktúry zariadenia okrem LSI-DAC, to znamená na štrukturálnej úrovni. V dôsledku toho sa takéto metódy nazývajú štrukturálne.

DAC obsahuje rôzne funkčné jednotky. Pri vytváraní lícovania sa každý z uzlov osadí nezávisle od ostatných. Algoritmus fitovania musí v prvom rade zabezpečiť monotónnosť konverznej funkcie, potom jej linearitu, bez nulového posunu a požadovaný konverzný faktor.

Najťažším procesom je zabezpečiť monotónnosť a lineárnosť, pretože sú určené súvisiacimi parametrami mnohých prvkov a uzlov. Najčastejšie sa upravuje len nulový posun, konverzný faktor a symetrická diferenciálna nelinearita, t.j. nelinearita spôsobená chybami deliča a tá časť kľúčových chýb, ktorú možno redukovať na chyby tohto druhu. Ostatné chyby sú superpozičného charakteru, t.j. sa prejavujú vo vzájomnom ovplyvňovaní prvkov na seba. Takéto chyby je veľmi ťažké identifikovať, kontrolovať a opravovať.

Parametre presnosti poskytované technologickými metódami sa zhoršujú, keď je menič vystavený rôznym destabilizačným faktorom, predovšetkým teplote. Je potrebné pamätať na faktor starnutia prvkov.

S rastúcou presnosťou vždy rastú náklady na vývoj a výrobu meničov. S prihliadnutím na celé toto zlepšenie metrologických ukazovateľov je racionálne dosiahnuť komplexne, s využitím technologických metód s rôznymi konštrukčnými metódami. A pri použití hotových integrálnych prevodníkov sú konštrukčné metódy jediným spôsobom, ako ďalej zlepšovať metrologické charakteristiky prepočítavacieho systému.

Chyby nulového posunu a mierky sa ľahko opravia na výstupe DAC. Na tento účel sa do výstupného signálu zavedie konštantná odchýlka, ktorá kompenzuje posun charakteristiky prevodníka. Požadovaná stupnica prevodu sa nastaví buď korekciou zosilnenia nastaveného na výstupe prevodníka zosilňovača, alebo úpravou hodnoty referenčného napätia, ak je DAC násobiaci.

Medzi štruktúrnymi metódami linearizácie charakteristiky je potrebné rozlišovať kompenzačné metódy a metódy s riadením testovacím signálom.

Metódy korekcie riadenia testu spočívajú v identifikácii chýb DAC v rámci celého súboru prípustných vstupných vplyvov a pridaní korekcií vypočítaných na základe toho k vstupnej alebo výstupnej hodnote, aby sa tieto chyby kompenzovali.

Pri akejkoľvek metóde korekcie s riadením testovacím signálom sa poskytujú nasledujúce akcie:

1. Meranie charakteristík DAC na súbore testovacích vplyvov postačujúcich na identifikáciu chýb.

2. Identifikácia chýb výpočtom ich odchýlok od výsledkov merania.

3. Výpočet opravných opráv pre prevedené hodnoty alebo požadovaných opravných opatrení na opravených blokoch.

4. Oprava.

Prvé tri body sa týkajú procesu kontroly, posledný bod procesu transformácie, od r korekcia sa vykonáva počas konverzie.

Kontrola sa môže vykonať raz pred inštaláciou prevodníka do zariadenia pomocou špeciálneho laboratórneho meracieho zariadenia. Môže sa vykonávať aj pomocou špecializovaného zariadenia zabudovaného do zariadenia. V tomto prípade sa kontrola spravidla vykonáva pravidelne, po celú dobu, kým sa prevodník priamo nezúčastní prevádzky zariadenia. Tým je zabezpečená dlhodobá metrologická stabilita prevádzky meniča aj pri neustálom pôsobení akýchkoľvek destabilizujúcich faktorov na ňu. Takáto organizácia kontroly a korekcie prevodníkov sa môže vykonávať počas ich prevádzky ako súčasť mikroprocesorového meracieho systému.

Najjednoduchší model nelineárnej zložky chyby DAC je založený na predpoklade chybovej stability pre každý kód a jeho náhodnej závislosti od kódu. Je zrejmé, že identifikácia parametrov takéhoto modelu vyžaduje meranie výstupného signálu na všetkých platných kódoch (metóda end-to-end riadenia). Pre túto metódu je povinné používať presný meter.

Hlavnou nevýhodou akejkoľvek metódy end-to-end kontroly je dlhý čas kontroly spolu s heterogenitou a veľkým objemom použitých zariadení.

Veľká skupina metód riadenia založených na testovacom signáli je založená na predpoklade, že bitové váhy sú nezávislé od konvertovaného kódu. V tomto prípade je možné zostaviť sústavu nezávislých rovníc, ktorých počet sa rovná počtu korigovaných bitov prevodníka. Často sa k tomuto systému rovníc pridávajú ďalšie dve, ktoré určujú chybu posunutia nuly a chybu mierky. Na zostavenie každej rovnice sa na vstup prevodníka privedie kód z danej sady. Po vyriešení takéhoto systému rovníc je možné nájsť chyby v špecifikácii každej číslice a následne korekčnú (kompenzačnú) hodnotu pre každú hodnotu vstupného kódu. Takéto metódy sú v súčasnosti najrozšírenejšie a používajú sa pri konštrukcii mikroprocesorových riadiacich systémov.

Hodnoty korekcií určené jedným alebo druhým spôsobom sa spravidla ukladajú v digitálnej forme. Oprava chýb, berúc do úvahy tieto opravy, môže byť vykonaná v analógovej aj digitálnej forme.

S digitálnou korekciou sa korekcie pridávajú s prihliadnutím na ich znamienko do vstupného kódu DAC. V dôsledku toho sa na vstup DAC odošle kód, pri ktorom sa na jeho výstupe vytvorí požadovaná hodnota napätia alebo prúdu. Najjednoduchšiu implementáciu tejto korekčnej metódy tvorí nastaviteľný DAC, na vstupe ktorého je inštalovaná digitálna pamäť (obr. 17.a). Vstupný kód hrá úlohu kódu adresy. Do pamäte sa na zodpovedajúcich adresách zadajú vopred vypočítané hodnoty kódu, berúc do úvahy opravy, ktoré sa privádzajú do opraveného DAC.

Ryža. Digitálna (a) a analógová (b) korekcia chýb DAC

Pri analógovej korekcii (obr. 17.b) sa okrem hlavného DAC používa ešte jeden ďalší DAC. Rozsah jeho výstupného signálu zodpovedá maximálnej hodnote chyby korigovaného DAC. Vstupný kód sa súčasne privádza na vstupy opraveného DAC a na adresové vstupy korekčnej pamäte. Korekcia zodpovedajúca danej hodnote vstupného kódu sa vyberie z pamäte korekcií. Korekčný kód sa konvertuje na jemu úmerný signál, ktorý sa pridá k výstupnému signálu korigovaného DAC. Vzhľadom na malý rozsah požadovaného rozsahu výstupného signálu prídavného DAC v porovnaní s rozsahom výstupného signálu korigovaného DAC sú vlastné chyby prvého DAC zanedbané.

V niektorých prípadoch je potrebné opraviť dynamiku prevádzky DAC.

Prechodová odozva DAC pri zmene rôznych kombinácií kódov bude rôzna, inými slovami - doba ustálenia výstupného signálu bude rôzna. Preto pri použití DAC treba zvážiť maximálny čas ustálenia. V niektorých prípadoch je však možné korigovať správanie prenosovej charakteristiky.

Nastavme čas konverzie tak, aby bol kratší ako maximálny čas ustálenia. Ak je možné identifikovať dynamické parametre DAC, je možné vypočítať také korekcie vstupného kódu DAC, pri ktorých výstupná hodnota za tento určený čas dosiahne požadovanú hodnotu. V tejto chvíli je potrebné opraviť výsledok konverzie systémových uzlov po DAC, pretože po tomto momente sa výstupný signál DAC bude naďalej meniť a prejde na úroveň zodpovedajúcu nie vstupnému kódu, ale na jeho korigovanú hodnotu.

D/A prevodníky majú statické a dynamické charakteristiky.

Statické charakteristiky DAC

Hlavný statické charakteristiky DAC sú:

· rozhodnutie;

· Nelinearita;

· Diferenciálna nelinearita;

· Monotónnosť;

· Konverzný faktor;

· Absolútne chyby v plnom rozsahu;

· Relatívne chyby v plnom rozsahu;

· Posun nuly;

Absolútna chyba

Rozhodnutie Je prírastok U OUT pri prevode susedných hodnôt D j, t.j. líšia sa o jednu najmenšiu platnú číslicu (EMP). Tento prírastok je krokom kvantovania. Pre binárne transformačné kódy je nominálna hodnota kvantizačného kroku

h = U PSh / (2 N - 1),

kde U ПШ je menovité maximálne výstupné napätie DAC (napätie v plnom rozsahu), N je kapacita DAC. Čím väčšia je číslicová kapacita prevodníka, tým vyššie je jeho rozlíšenie.

Presnosť v plnom rozsahu - relatívny rozdiel medzi skutočnou a ideálnou hodnotou limitu konverznej stupnice pri absencii nulového posunu, t.j.

Je to multiplikatívna zložka celkovej chyby. Niekedy je označené zodpovedajúcim číslom EMP.

Chyba nulového posunu - hodnota U OUT, keď je vstupný kód DAC nulový. Je to aditívna zložka celkovej chyby. Zvyčajne sa uvádza v milivoltoch alebo v percentách celej stupnice:

Nelinearita - maximálna odchýlka skutočnej prevodnej charakteristiky U OUT (D) od optimálnej (obr. 5.2, riadok 2). Optimálna charakteristika sa nájde empiricky, aby sa minimalizovala hodnota chyby nelinearity. Nelinearita sa zvyčajne definuje v relatívnych jednotkách, ale v referenčných údajoch sa uvádza aj v EMP. Pre charakteristiku znázornenú na obr. 5.2,

Diferenciálna nelinearita - maximálna zmena (s prihliadnutím na znamienko) odchýlky reálnej prevodnej charakteristiky U OUT (D) od optimálnej pri prechode z jednej hodnoty vstupného kódu na inú susednú hodnotu. Zvyčajne sa definuje v relatívnych jednotkách alebo v EMP. Pre charakteristiku znázornenú na obr. 5.2,

Monotónne prevodné charakteristiky - zvýšenie (zníženie) výstupného napätia DAC (U OUT) so zvýšením (poklesom) vo vstupnom kóde D... Ak je diferenciálna nelinearita väčšia ako relatívny kvantizačný krok h / U PN, potom je charakteristika prevodníka nemonotónna.

Teplotná nestabilita DAC sa vyznačuje teplotné koeficienty chyby v plnej mierke a chyby nulového posunu.

Chyby plného rozsahu a posunutia nuly je možné eliminovať kalibráciou (trimovaním). Nelineárne chyby nemožno odstrániť jednoduchými prostriedkami.

Dynamická charakteristika DAC

TO dynamické charakteristiky ráno DAC zahŕňajú čas vyrovnania a čas konverzie.

Pri postupnom zvyšovaní hodnôt vstupného digitálneho signálu D (t) z 0 na (2 N - 1) cez jednotku najmenej významného bitu tvorí výstupný signál U OUT (t) stupňovitú krivku. Táto závislosť sa zvyčajne nazýva konverzná charakteristika DAC. Pri absencii hardvérových chýb sú stredy krokov umiestnené na ideálnej priamke 1 (pozri obr. 5.2), ktorá zodpovedá ideálnej transformačnej charakteristike. Skutočná transformačná charakteristika sa môže výrazne líšiť od ideálu veľkosťou a tvarom krokov, ako aj umiestnením na súradnicovej rovine. Na kvantifikáciu týchto rozdielov existuje množstvo parametrov.

Dynamické parametre DAC sú určené zmenou výstupného signálu so skokovou zmenou vo vstupnom kóde, zvyčajne z hodnoty „všetky nuly“ na „všetky jednotky“ (obr. 5.3).

Čas vyrovnania - časový interval od okamihu zmeny
vstupný kód (obr.5.3, t = 0) až do posledného vykonania rovnosti:

| U OUT - U PSH | = d / 2,

kde d / 2 zvyčajne zodpovedá EMP.

Rýchlosť prebehu - maximálna rýchlosť zmeny U OUT (t) počas prechodného procesu. Definuje sa ako pomer prírastku D U OUT do času Dt, počas ktorého došlo k tomuto prírastku. Typicky špecifikované v údajovom liste pre DAC s napäťovým výstupom. Pre digitálno-analógové prevodníky s prúdovým výstupom je tento parameter veľmi závislý od typu výstupného operačného zosilňovača.

Pre násobenie DAC s napäťovým výstupom sa často špecifikuje jednotková frekvencia zosilnenia a výkonová šírka pásma, ktoré sú určené hlavne vlastnosťami výstupného zosilňovača.

Na obrázku 5.4 sú znázornené dve metódy linearizácie, z ktorých vyplýva, že metóda linearizácie na získanie minimálnej hodnoty D l, znázornená na obr. 5.4, ​​​​b, umožňuje znížiť chybu D l na polovicu v porovnaní s metódou linearizácie hraničnými bodmi (obr. 5.4, a).

Pre digitálno-analógové prevodníky s n binárnymi číslicami je v ideálnom prípade (pri absencii chýb prevodu) analógový výstup U OUT spojený so vstupným binárnym číslom takto:

U OUT = U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 + ... + a n 2 -n),

kde U OP je referenčné napätie DAC (zo vstavaného alebo externého zdroja).

Pretože ∑ 2 -i = 1 - 2 -n, potom so zapnutými všetkými bitmi je výstupné napätie DAC:

U OUT (a 1 ... a n) = U OP (1 - 2 - n) = (U OP / 2 n) (2 n - 1) = D (2 n - 1) = U PS,

kde U ПШ - napätie v plnom rozsahu.

Keď sú teda všetky bity zapnuté, výstupné napätie digitálno-analógového prevodníka, ktorý v tomto prípade tvorí U PN, sa líši od hodnoty referenčného napätia (U OP) o hodnotu najmenej významného bitu. prevodníka (D), definovaného ako

D = U OP / 2 n.

Keď je zapnutý akýkoľvek i-tý bit, výstupné napätie DAC sa určí z pomeru:

U OUT / a i = U OP 2 -i.

Digitálno-analógový prevodník prevádza digitálny binárny kód Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 na analógovú hodnotu, zvyčajne napätie U OUT. alebo prúd I OUT. Každý bit binárneho kódu má určitú váhu i-tého bitu dvakrát väčšiu ako je váha (i-1) -tého. Činnosť DAC môže byť opísaná nasledujúcim vzorcom:

U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 + ...),

kde e je napätie zodpovedajúce hmotnosti najmenej významného bitu, Q i je hodnota i-tého bitu binárneho kódu (0 alebo 1).

Napríklad číslo 1001 zodpovedá:

U OUT = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,

na čísle 1100 sa viaže na

U OUT = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · e.

Digitálno-analógový prevodník (DAC) je zariadenie na konverziu digitálneho kódu na analógový signál v pomere k hodnote kódu.

DAC sa používajú na prepojenie digitálnych riadiacich systémov so zariadeniami, ktoré sú riadené úrovňou analógového signálu. DAC je tiež neoddeliteľnou súčasťou mnohých štruktúr analógovo-digitálnych zariadení a prevodníkov.

DAC sa vyznačuje konverznou funkciou. Spája zmenu digitálneho kódu so zmenou napätia alebo prúdu. Funkcia prevodu DAC je vyjadrená nasledovne

U von- hodnota výstupného napätia zodpovedajúca digitálnemu kódu N v dodávané do vstupov DAC.

U max- maximálne výstupné napätie zodpovedajúce aplikácii maximálneho kódu na vstupy N max

Hodnota K dac, definovaný pomerom, sa nazýva digitálno-analógový prevodný koeficient. Napriek stupňovitej forme charakteristiky spojenej s diskrétnou zmenou vstupnej hodnoty (digitálny kód) sa verí, že DAC sú lineárne prevodníky.

Ak je hodnota N v reprezentovať prostredníctvom hodnôt váh svojich číslic, transformačnú funkciu možno vyjadriť nasledovne

, kde

i- bitové číslo vstupného kódu N v; A i- význam i-tá číslica (nula alebo jedna); U i - hmotnosť i-tá kategória; n je počet bitov vstupného kódu (počet bitov DAC).

Hmotnosť výboja je určená pre konkrétnu bitovú hĺbku a vypočíta sa pomocou nasledujúceho vzorca

U OP - referenčné napätie DAC

Princíp činnosti väčšiny DAC je súčet časti analógových signálov (bitová váha) v závislosti od vstupného kódu.

DAC môže byť implementovaný sčítaním prúdov, sčítaním napätí a delením napätí. V prvom a druhom prípade sa v súlade s hodnotami bitov vstupného kódu spočítajú signály generátorov prúdov a zdrojov EMF. Ten je kódovo riadený delič napätia. Posledné dve metódy nie sú široko používané kvôli praktickým ťažkostiam pri ich implementácii.

Metódy implementácie DAC s váženým súčtom prúdov

Zvážte konštrukciu najjednoduchšieho DAC s váženým súčtom prúdov.

Tento DAC sa skladá zo sady odporov a sady prepínačov. Počet kľúčov a počet rezistorov sa rovná počtu bitov n vstupný kód. Hodnoty odporu sa vyberajú v súlade s binárnym zákonom. Ak R = 3 ohmy, potom 2R = 6 ohmov, 4R = 12 ohmov atď., t.j. každý nasledujúci odpor je 2-krát väčší ako predchádzajúci. Keď je pripojený zdroj napätia a kľúče sú zatvorené, cez každý odpor bude pretekať prúd. Hodnoty prúdov cez odpory budú v dôsledku vhodného výberu ich hodnotení tiež rozdelené podľa binárneho zákona. Pri odosielaní vstupného kódu N v kľúče sú zapnuté podľa hodnoty zodpovedajúcich bitov vstupného kódu. Kľúč je zatvorený, ak sa zodpovedajúca číslica rovná jednej. V tomto prípade sú prúdy úmerné hmotnostiam týchto výbojov sčítané v uzle a hodnota prúdu tečúceho z uzla ako celku bude úmerná hodnote vstupného kódu. N v.

Odpor maticových rezistorov je zvolený pomerne veľký (desiatky kΩ). Preto vo väčšine praktických prípadov hrá DAC úlohu zdroja prúdu pre záťaž. Ak je potrebné získať napätie na výstupe meniča, potom sa na výstup takéhoto DAC nainštaluje menič prúdového napätia, napríklad na operačnom zosilňovači.

Keď sa však zmení kód na vstupoch DAC, zmení sa množstvo prúdu odoberaného zo zdroja referenčného napätia. Toto je hlavná nevýhoda tohto spôsobu budovania DAC. . Túto konštrukčnú metódu je možné použiť len vtedy, ak referenčné napätie bude mať nízky vnútorný odpor. V inom prípade sa v momente zmeny vstupného kódu zmení prúd odoberaný zo zdroja, čo vedie k zmene poklesu napätia na jeho vnútornom odpore a následne k dodatočnej zmene výstupného prúdu, ktorá priamo nesúvisí. na zmenu kódu. Tento nedostatok môže byť eliminovaný štruktúrou DAC s prepínacími klávesmi.

Táto štruktúra má dva výstupné uzly. V závislosti od hodnoty bitov vstupného kódu sú im zodpovedajúce kľúče pripojené k uzlu spojenému s výstupom zariadenia alebo k inému uzlu, ktorý je najčastejšie uzemnený. V tomto prípade cez každý odpor matice prúd tečie neustále, bez ohľadu na polohu kľúča, a množstvo prúdu spotrebovaného zo zdroja referenčného napätia je konštantné.

Spoločnou nevýhodou oboch uvažovaných štruktúr je veľký pomer medzi najmenšou a najväčšou hodnotou maticových rezistorov. Zároveň, napriek veľkému rozdielu v hodnotách rezistorov, je potrebné zabezpečiť rovnakú absolútnu presnosť osadenia najväčšieho aj najmenšieho odporu. V integrovanej verzii DAC s počtom číslic väčším ako 10 je pomerne ťažké ho poskytnúť.

Štruktúry založené na odpore R-2R matice

Pri tejto konštrukcii odporovej matice je prúd v každej nasledujúcej paralelnej vetve dvakrát menší ako v predchádzajúcej. Prítomnosť iba dvoch rezistorov v matici uľahčuje nastavenie ich hodnôt.

Výstupný prúd pre každú z prezentovaných štruktúr je úmerný súčasne nielen hodnote vstupného kódu, ale aj hodnote referenčného napätia. Často sa hovorí, že je úmerná súčinu týchto dvoch. Preto sa takéto DAC nazývajú multiplikačné. Takéto vlastnosti budú mať všetci DAC, v ktorom sa tvorba vážených hodnôt prúdov zodpovedajúcich hmotnostiam výbojov uskutočňuje pomocou odporových matríc.

Okrem zamýšľaného použitia sa násobiace DAC používajú ako analógovo-digitálne násobiče, ako kódovo riadené odpory a vodivosti. Sú široko používané ako stavebné bloky pre kódovo riadené (laditeľné) zosilňovače, filtre, zdroje referenčného napätia, kondicionéry signálu atď.

Základné parametre a chyby DAC

Hlavné parametre, ktoré možno vidieť v referencii:

1. Počet bitov - počet bitov vstupného kódu.

2. Konverzný faktor je pomer prírastku výstupného signálu k prírastku vstupného signálu pre lineárnu konverznú funkciu.

3. Čas ustálenia výstupného napätia alebo prúdu je časový interval od okamihu zmeny daného kódu na vstupe DAC do okamihu, kedy výstupné napätie alebo prúd konečne vstúpi do zóny so šírkou najmenej významného bitu. ( MHR).

4. Maximálna frekvencia konverzie - najvyššia frekvencia zmeny kódu, pri ktorej špecifikované parametre zodpovedajú stanoveným štandardom.

Existujú aj ďalšie parametre, ktoré charakterizujú výkon DAC a vlastnosti jeho fungovania. Medzi nimi: vstupné napätie nízkej a vysokej úrovne, spotreba prúdu, rozsah výstupného napätia alebo prúdu.

Najdôležitejšie parametre pre DAC sú tie, ktoré určujú jeho charakteristiky presnosti.

Charakteristika presnosti každého DAC , v prvom rade sú určené normalizovanými chybami.

Chyby sa delia na dynamické a statické. Statické chyby sú chyby, ktoré zostanú po dokončení všetkých prechodných procesov spojených so zmenou vstupného kódu. Dynamické chyby sú určené prechodnými procesmi na výstupe DAC, ktoré vznikli v dôsledku zmeny vstupného kódu.

Hlavné typy statických chýb DAC sú:

Absolútna chyba prevodu v koncovom bode stupnice je odchýlka hodnoty výstupného napätia (prúdu) od menovitej hodnoty zodpovedajúcej koncovému bodu stupnice funkcie prepočtu. Merané v jednotkách najmenej významného bitu konverzie.

Výstupné nulové offset napätie - jednosmerné napätie na výstupe DAC so vstupným kódom zodpovedajúcim nulovej hodnote výstupného napätia. Merané v jednotkách najmenšej významnej číslice. Chyba konverzného faktora (mierka) - spojená s odchýlkou ​​sklonu konverznej funkcie od požadovanej.

Nelinearita DAC je odchýlka skutočnej konverznej funkcie od špecifikovanej priamky. Je to najhoršia chyba, s ktorou sa ťažko bojuje.

Vo všeobecnosti sa chyby nelinearity delia na dva typy - integrálne a diferenciálne.

Integrálna chyba nelinearity je maximálna odchýlka reálnej charakteristiky od ideálnej. V skutočnosti sa berie do úvahy spriemerovaná konverzná funkcia. Určte túto chybu ako percento konečného rozsahu výstupnej veličiny.

Diferenciálna nelinearita je spojená s nepresnosťou nastavenia váh bitov, t.j. s chybami deliacich prvkov, rozptylom zvyškových parametrov kľúčových prvkov, generátorov prúdu a pod.

Metódy identifikácie a opravy chýb DAC

Je žiaduce, aby sa korekcia chýb vykonávala pri výrobe prevodníkov (technologická úprava). Pri použití konkrétnej vzorky je to však často žiaduce. BIS v konkrétnom zariadení. V tomto prípade sa korekcia vykonáva okrem toho zavedením do štruktúry zariadenia LSI DAC doplnkové prvky. Takéto metódy sa nazývajú štrukturálne.

Najťažším procesom je zabezpečenie linearity, pretože sú určené súvisiacimi parametrami mnohých prvkov a uzlov. Najčastejšie iba nulový posun, koeficient

Parametre presnosti poskytované technologickými metódami sa zhoršujú, keď je menič vystavený rôznym destabilizačným faktorom, predovšetkým teplote. Je potrebné pamätať na faktor starnutia prvkov.

Chyby nulového posunu a mierky sa ľahko opravia na výstupe DAC. Na tento účel sa do výstupného signálu zavedie konštantná odchýlka, ktorá kompenzuje posun charakteristiky prevodníka. Požadovaná stupnica prevodu sa nastaví buď korekciou zosilnenia nastaveného na výstupe prevodníka zosilňovača, alebo úpravou hodnoty referenčného napätia, ak je DAC násobiaci.

Metódy korekcie riadenia testu spočívajú v identifikácii chýb DAC v rámci celého súboru prípustných vstupných vplyvov a pridaní korekcií vypočítaných na základe toho k vstupnej alebo výstupnej hodnote, aby sa tieto chyby kompenzovali.

Pri akejkoľvek metóde korekcie s riadením testovacím signálom sa poskytujú nasledujúce akcie:

1. Meranie charakteristík DAC na súbore testovacích vplyvov postačujúcich na identifikáciu chýb.

2. Identifikácia chýb výpočtom ich odchýlok od výsledkov merania.

3. Výpočet opravných opráv pre prevedené hodnoty alebo požadovaných opravných opatrení na opravených blokoch.

4. Oprava.

Kontrola sa môže vykonať raz pred inštaláciou prevodníka do zariadenia pomocou špeciálneho laboratórneho meracieho zariadenia. Môže sa vykonávať aj pomocou špecializovaného zariadenia zabudovaného do zariadenia. V tomto prípade sa kontrola spravidla vykonáva pravidelne, po celú dobu, kým sa prevodník priamo nezúčastní prevádzky zariadenia. Takáto organizácia kontroly a korekcie prevodníkov sa môže vykonávať počas ich prevádzky ako súčasť mikroprocesorového meracieho systému.

Hlavnou nevýhodou akejkoľvek metódy end-to-end kontroly je dlhý čas kontroly spolu s heterogenitou a veľkým objemom použitých zariadení.

Hodnoty korekcií určené jedným alebo druhým spôsobom sa spravidla ukladajú v digitálnej forme. Oprava chýb, berúc do úvahy tieto opravy, môže byť vykonaná v analógovej aj digitálnej forme.

S digitálnou korekciou sa korekcie pridávajú s prihliadnutím na ich znamienko do vstupného kódu DAC. V dôsledku toho sa na vstup DAC odošle kód, pri ktorom sa na jeho výstupe vytvorí požadovaná hodnota napätia alebo prúdu. Najjednoduchšia implementácia tejto metódy korekcie pozostáva z nastaviteľného DAC, na vstupe ktorého je nainštalované digitálne pamäťové zariadenie ( Pamäť)... Vstupný kód hrá úlohu kódu adresy. V Pamäť na zodpovedajúcich adresách sa zadávajú hodnoty kódov dodaných do opraveného DAC, vypočítané vopred, berúc do úvahy zmeny.

Na analógovú korekciu sa okrem hlavného DAC používa jeden ďalší DAC. Rozsah jeho výstupného signálu zodpovedá maximálnej hodnote chyby korigovaného DAC. Vstupný kód sa súčasne privádza na vstupy opraveného DAC a na adresové vstupy Pamäť zmeny a doplnenia. Od Pamäť korekcie, zvolí sa korekcia zodpovedajúca danej hodnote vstupného kódu. Korekčný kód sa konvertuje na jemu úmerný signál, ktorý sa pridá k výstupnému signálu korigovaného DAC. Vzhľadom na malý rozsah požadovaného rozsahu výstupného signálu prídavného DAC v porovnaní s rozsahom výstupného signálu korigovaného DAC sú vlastné chyby prvého DAC zanedbané.

V niektorých prípadoch je potrebné opraviť dynamiku prevádzky DAC.

Prechodová odozva DAC pri zmene rôznych kombinácií kódov bude rôzna, inými slovami - doba ustálenia výstupného signálu bude rôzna. Preto pri použití DAC treba zvážiť maximálny čas ustálenia. V niektorých prípadoch je však možné korigovať správanie prenosovej charakteristiky.

Vlastnosti použitia LSI DAC

Pre úspešné uplatnenie moderných BIS Nestačí, aby DAC poznal zoznam ich hlavných charakteristík a základných schém na ich zaradenie.

Výrazný vplyv na výsledky aplikácie BIS DAC spĺňa prevádzkové požiadavky vďaka vlastnostiam konkrétneho mikroobvodu. Tieto požiadavky zahŕňajú nielen použitie prípustných vstupných signálov, napájacích napätí, kapacity a odporu záťaže, ale aj vykonanie príkazu zapínania rôznych zdrojov, oddelenie pripojovacích obvodov pre rôzne zdroje a spoločnú zbernicu, použitie filtrov atď.

Pre presné DAC je výstupné napätie šumu mimoriadne dôležité. Zvláštnosťou problému šumu v DAC je prítomnosť napäťových rázov na jeho výstupe, spôsobených prepínaním kľúčov vo vnútri prevodníka. V amplitúde môžu tieto výbuchy dosiahnuť niekoľko desiatok váh. MHR a spôsobujú ťažkosti pri prevádzke zariadení na spracovanie analógového signálu po DAC. Riešením problému potláčania takýchto zhlukov je použitie zariadení typu sample-and-hold na výstupe DAC ( UVH). UVH ovládaná digitálnou časťou systému, ktorá tvorí nové kombinácie kódov na vstupe DAC. Pred vložením novej kombinácie kódov UVH sa prepne do režimu ukladania, čím sa na výstup otvorí obvod prenosu analógového signálu. To zabraňuje odoslaniu špičky výstupného napätia DAC na kolík. UVH, ktorý sa potom prepne do režimu sledovania, pričom sa opakuje výstup DAC.

Zvláštna pozornosť pri zostavovaní DAC založeného na BIS je potrebné venovať pozornosť výberu operačného zosilňovača, ktorý slúži na premenu výstupného prúdu DAC na napätie. Pri dodávaní vstupného kódu DAC na výstupe OU tam bude chyba DU kvôli jeho predpätiu a rovnému

,

kde U cm- predpätie OU; R os- hodnota odporu v spätnoväzbovom obvode OU; R m- odpor odporovej matice DAC (výstupný odpor DAC), v závislosti od hodnoty kódu aplikovaného na jeho vstup.

Keďže sa pomer mení z 1 na 0, chyba spôsobená U cm, zmeny v uličkách (1 ... 2) U cm... Vplyv U cm pri používaní zanedbané OU, ktorý .

Vďaka veľkej ploche tranzistorových spínačov v CMOS BIS významná výstupná kapacita LSI DAC (40 ... 120 pF v závislosti od hodnoty vstupného kódu). Táto kapacita má významný vplyv na dobu ustálenia výstupného napätia. OU na požadovanú presnosť. Na zníženie tohto vplyvu R os posunuté kondenzátorom S osami.

V niektorých prípadoch sa na výstupe DAC musí získať bipolárne výstupné napätie. To sa dá dosiahnuť zavedením posunu rozsahu výstupného napätia na výstupe a pre násobenie DAC prepnutím polarity zdroja referenčného napätia.

Upozorňujeme, že ak používate integrovaný DAC , s počtom bitov väčším ako potrebujete, potom sú vstupy nepoužitých bitov pripojené k uzemňovacej zbernici, čím sa na nich jednoznačne určí úroveň logickej nuly. Okrem toho, aby sa čo najviac pracovalo s veľkým rozsahom výstupného signálu LSI DAC pre takéto číslice, číslice sa berú počnúc tou najmenej významnou.

Jedným z praktických príkladov DAC aplikácií sú kondicionéry signálu rôznych tvarov. Vytvoril malý model v proteuse. Pomocou DAC riadeného MK (Atmega8, aj keď sa to dá urobiť na Tiny) sa generujú signály rôznych tvarov. Program je napísaný v CVAVR. Stlačením tlačidla sa generovaný signál zmení.

LSI DAC DAC0808 National Semiconductor, 8-bitový, vysokorýchlostný, zahrnutý podľa typického diagramu. Pretože jeho výstup je prúd, premieňa sa na napätie pomocou invertujúceho zosilňovača na operačnom zosilňovači.

V zásade môžete mať aj také zaujímavé postavy, podobá sa niečo skutočnosti? Ak si vyberiete trochu viac, budete hladší

Bibliografia:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Analógovo-digitálne prevodníky / Ed. GD Bakhtijarova - M .: Sov. rádio. - 1980 .-- 278 s.: chor.
2. Návrh analógovo-digitálnych riadiacich mikroprocesorových systémov.
3.O.V. Šišov. - Saransk: vydavateľstvo Mordovs. Univerzita 1995. - s.

Nižšie si môžete stiahnuť projekt na

Značné ťažkosti vznikajú pri znižovaní náhodnej chyby pri meraní časovo premennej veličiny. V tomto prípade sa na získanie najlepšieho odhadu nameranej hodnoty používa postup filtrovania. Podľa typu použitých transformácií sa rozlišuje lineárna a nelineárna filtrácia, kde implementáciu jednotlivých procedúr je možné realizovať hardvérovo aj softvérovo.

Filtrovanie je možné použiť nielen na potlačenie šumu indukovaného na vstupných obvodoch prenosu analógového signálu, ale v prípade potreby aj na obmedzenie spektra vstupného signálu a obnovenie spektra výstupného signálu (to už bolo spomenuté vyššie). V prípade potreby je možné použiť filtre s laditeľnou medznou frekvenciou.

Použitie automatickej korekcie systematických chýb možno považovať za prispôsobenie kanála jeho vlastnému stavu. Využitie modernej základne prvkov dnes umožňuje realizovať vstupné obvody, ktoré sa prispôsobujú charakteristikám vstupného signálu, najmä jeho dynamickému rozsahu. Toto prispôsobenie vyžaduje vstupný zosilňovač s riadeným ziskom. Ak bolo podľa výsledkov predchádzajúcich meraní možné stanoviť, že dynamický rozsah signálu je malý v porovnaní s rozsahom vstupného signálu ADC, potom sa zosilnenie zosilňovača zvyšuje, kým sa dynamický rozsah signálu nezhoduje. rozsah ADC. Tak je možné dosiahnuť minimalizáciu chyby vzorkovania signálu a následne zvýšiť presnosť merania. Zmena zosilnenia signálu na vstupe je programovo zohľadnená pri spracovaní výsledkov merania digitálnym regulátorom.

Kritériá na posúdenie zhody dynamického rozsahu signálu a rozsahu ADC sa budú posudzovať nižšie a budú sa posudzovať aj spôsoby prispôsobenia vstupného kanála frekvenčným vlastnostiam vstupného signálu.

2.4. Fetch-store zariadenia

Pri zbere informácií a ich následnej transformácii je často potrebné fixovať hodnotu analógového signálu na určité časové obdobie. Na tento účel sa používajú zariadenia na odber vzoriek a ukladanie údajov (VAS). Ďalším názvom pre takéto zariadenia sú analógové úložné zariadenia (ADS). Ich práca sa vykonáva v dvoch režimoch. V režime vzorkovania (sledovania) musia opakovať vstupný analógový signál na svojom výstupe a v režime ukladania musia uložiť a na výstup vydať posledné vstupné napätie, ktoré predchádzalo prepnutiu zariadenia do tohto režimu.

V najjednoduchšom prípade pri konštrukcii UVC potrebujeme na vykonanie týchto operácií iba kondenzátor S XP a kľúč S(obr. 2.12. a). Keď je spínač zatvorený, napätie na kondenzátore a na výstupe UVC zopakuje vstupné napätie. Pri otvorení kľúča sa na ňom uloží napätie na kondenzátore, ktorého hodnota sa bude rovnať vstupnému napätiu v momente otvorenia kľúča a prenesie sa na výstup UVH.

https://pandia.ru/text/78/077/images/image030_18.jpg "width =" 457 "height =" 428 src = ">

Ryža. 2.12. Funkčný diagram UVH ( a) a časové diagramy jeho práce ( b)

Je zrejmé, že pri praktickej implementácii úroveň napätia na kondenzátore v režime skladovania nezostane konštantná (obr. 2.12. b) v dôsledku jeho vybíjania prúdom do záťaže a vybíjania v dôsledku vlastných zvodových prúdov. Aby napätie kondenzátora zostalo na prijateľnej úrovni čo najdlhšie na výstupe UVC, je na operačnom zosilňovači nainštalovaný sledovač ( DA 1 na obr. 2.12. a). Ako viete, zosilňovač má vysokú vstupnú impedanciu. Tým sa "odpojí" odpor obvodu kondenzátora a obvodu záťaže a výrazne sa zníži vybitie kondenzátora cez záťaž. Aby ste znížili vlastné zvodové prúdy, musíte si vybrať kondenzátor s vysoko kvalitným dielektrikom. A samozrejme, aby napätie na kondenzátore zostalo konštantné čo najdlhšie, je potrebné vziať čo najväčšiu kapacitu.

Pri prechode UVC z režimu skladovania do režimu sledovania napätie na kondenzátore nedosiahne okamžite aktuálnu úroveň vstupného napätia (obr. 2.12. b). Čas potrebný na to, aby sa tak stalo, bude určený časom nabíjania kondenzátora – tento čas sa nazýva čas zachytenia alebo vzorkovací čas. Kondenzátor sa bude nabíjať tým rýchlejšie, čím vyšší je jeho nabíjací prúd. Aby tento prúd nebol obmedzený výstupným odporom predchádzajúceho stupňa, je na operačnom zosilňovači nainštalovaný aj sledovač na vstupe UVH ( DA 2 na obr. 2.12. a). V tomto prípade sa využíva vlastnosť, že sledovač má nízku výstupnú impedanciu. Čím nižšia je kapacita, tým rýchlejšie sa bude kondenzátor nabíjať. Podmienky na výber hodnoty kapacity kondenzátora pre optimálnu prevádzku UVC v rôznych režimoch sú teda protichodné - kapacita kondenzátora sa musí zakaždým zvoliť na základe špecifických požiadaviek na trvanie jeho prevádzkových režimov.

Vstupný sledovač poháňa kapacitnú záťaž. Preto sa na jeho konštrukciu používajú operačné zosilňovače stabilné pri jednotkovom zosilnení a veľkom kapacitnom zaťažení.

Pri použití UVC v ADC doba skladovania spravidla nie je oveľa dlhšia ako doba konverzie ADC. V tomto prípade je hodnota kondenzátora zvolená tak, aby sa získal najlepší čas záchytu, za predpokladu, že pokles napätia počas jedného prevodu nepresiahne hodnotu najmenej významného bitu ADC.

Keďže dielektrická strata v akumulačnom kondenzátore je jedným zo zdrojov chýb, je najlepšie zvoliť kondenzátory s dielektrikom z polypropylénu, polystyrénu a teflónu. Sľudové a polykarbonátové kondenzátory sú už dosť priemerné. A vôbec by ste nemali používať keramické kondenzátory.

Charakteristiky presnosti IWC zahŕňajú nulové predpätie, ktoré zvyčajne nepresahuje 5 mV (ak sa použije operačný zosilňovač s bipolárnymi tranzistormi na vstupe; operačné zosilňovače s tranzistormi s efektom poľa na vstupe majú výraznejšie nulové predpätie) a drift napätia pri danej kapacite akumulačného kondenzátora (pre rôzne UVH od 10-3 do 10-1 V/s je štandardizovaný na kapacitu S XP = 1 000 pF). Množstvo unášania možno znížiť zvýšením kapacity S XP. To však zhoršuje dynamický výkon obvodu.

Dynamické charakteristiky UVC zahŕňajú: čas vzorkovania, ktorý ukazuje, ako dlho v najnepriaznivejších podmienkach trvá proces nabíjania akumulačného kondenzátora s danou úrovňou tolerancie; a oneskorenie clony je obdobie medzi okamihom odpojenia ovládacieho napätia a skutočným uzamknutím kľúča.

Existuje mnoho dobre výkonných integrovaných obvodov na načítanie a podržanie. Množstvo obvodov obsahuje interný úložný kondenzátor a zaručuje maximálny čas vzorkovania desiatky alebo stovky nanosekúnd s presnosťou 0,01 % pre signál 10 V. Oneskorenie clony u populárnych IAC nepresahuje 100 ns. Ak je potrebný vyšší výkon, možno použiť hybridné a modulárne UVC.

Ako príklad praktickej konštrukcie UVR na obr. 2.13 je zobrazená funkčná schéma LSI K1100SK2 (LF398). Obvod má všeobecnú negatívnu spätnú väzbu, ktorá pokrýva celý obvod - od výstupu sledovača až po operačný zosilňovač DA 2 na vstup opakovača na zosilňovači DA 1.

Datovanie "href =" / text / category / datirovanie / "rel =" bookmark "> datovanie počtu ADC pri meraní premenlivého signálu vo viackanálových meracích systémoch pre simultánny zber dát z rôznych snímačov, eliminovanie vysokofrekvenčných emisií na výstupe DAC signál pri zmene kódu.Tieto a ďalšie aplikácie UVC budú podrobnejšie rozobraté v nasledujúcom materiáli.

3. DIGITÁLNE NA ANALOGOVÉ konvertory

3.1 Všeobecné spôsoby implementácie

Digitálno-analógové prevodníky (DAC) sú zariadenia používané na prevod digitálneho kódu na analógový signál v pomere k hodnote kódu.

DAC sa široko používajú na prepojenie digitálnych riadiacich systémov s akčnými členmi a mechanizmami, ktoré sú riadené úrovňou analógového signálu, ako súčasti zložitejších analógovo-digitálnych zariadení a prevodníkov.

V praxi sa DAC používajú hlavne na konverziu binárnych kódov, preto nižšie budeme hovoriť iba o takýchto DAC.

Každý DAC sa vyznačuje predovšetkým svojou konverznou funkciou, ktorá spája zmenu vstupnej hodnoty (digitálny kód) so zmenou výstupnej hodnoty (napätia alebo prúdu) Obr. 3.1.

Ryža. 3.1. Funkcia prevodu DAC (prenosová charakteristika)

Analyticky možno funkciu prevodu DAC vyjadriť nasledovne (pre prípad, keď je výstupný signál reprezentovaný napätím):

U OUT = ( U MAX / N MAX) N VX, kde

U OUT - hodnota výstupného napätia zodpovedajúca digitálnemu kódu N IN, dodávaný do vstupov DAC.

U MAX - maximálne výstupné napätie zodpovedajúce aplikácii maximálneho kódu na vstupy N MAX.

Hodnota TO DAC definovaný pomerom U MAX / N MAX sa nazýva digitálno-analógový prevodný pomer. Jeho stálosť pre celý rozsah variácií argumentov určuje úmernosť zmien hodnoty výstupného analógového signálu k zodpovedajúcim zmenám hodnoty vstupného kódu. To je dôvod, prečo sa napriek stupňovitej forme charakteristiky spojenej s diskrétnou zmenou vstupnej hodnoty (digitálny kód) verí, že DAC sú lineárne prevodníky.

Ak je hodnota N VX je reprezentovaný hodnotami váh jeho bitov, funkciu prevodu DAC možno vyjadriť takto:

U OUT = KTSAP, kde

i- bitové číslo vstupného kódu N VX;

A i - hodnota i-tá číslica (nula alebo jedna);

U i - hmotnosť i-tá kategória;

n- počet bitov vstupného kódu (počet bitov DAC).

Tento spôsob zaznamenávania konverznej funkcie do značnej miery odráža princíp činnosti väčšiny DAC, ktorý v podstate pozostáva zo sčítania zlomkov analógovej výstupnej hodnoty (sčítanie analógových mier), z ktorých každý je úmerný hmotnosti zodpovedajúceho bitu.

Vo všeobecnosti sa podľa konštrukčnej metódy DAC rozlišuje s váženým súčtom prúdov, s váženým súčtom napätí a je založený na kódovo riadenom deliči napätia.

Pri konštrukcii DAC na základe váženého súčtu prúdov v súlade s hodnotami bitov vstupného kódu N IN sumarizuje signály z generátorov prúdu a výstupný signál je reprezentovaný prúdom. Konštrukcia štvorbitového DAC pomocou tohto princípu je znázornená na obr. 3.2. Hodnoty prúdov generátora sa vyberajú proporcionálne k hmotnostiam bitov binárneho kódu, t.j. ak je aktuálna hodnota najmenšieho generátora prúdu zodpovedajúca najmenej významnému bitu vstupného kódu ja, potom hodnota každého ďalšieho musí byť dvakrát väčšia ako predchádzajúca - 2 ja, 4ja, 8ja... Každý i-tý bit vstupného kódu N Ovládanie VX i-m kľúč S i. Ak i-tá číslica sa rovná jednej, potom sa uzavrie príslušný kľúč a potom prúd generátora, ktorého aktuálna hodnota je úmerná hmotnosti tohto i-tý výboj, podieľa sa na tvorbe výstupného prúdu meniča. Ukazuje sa teda, že hodnota výstupného prúdu jaN VX.

Ryža. 3.2. Vytvorenie DAC na základe váženého súčtu prúdov

N S 1, S 2 a S 4 v obvode na obr. 3.2 sa zatvorí a kľúč S 3 - otvorené. Teda prúdy rovné ja, 2ja a 8 ja... Celkovo budú tvoriť výstupný prúd jaVON = 11ja, teda hodnotu výstupného prúdu ja N BX = 11.

Pri konštrukcii DAC na základe váženého súčtu napätí v súlade s hodnotami bitov vstupného kódu N Výstupný signál DAC IN je tvorený hodnotami generátorov napätia a je reprezentovaný napätím. Konštrukcia štvorbitového DAC pomocou tohto princípu je znázornená na obr. 3.3. Hodnoty generátorov napätia sú nastavené v súlade so zákonom o binárnej distribúcii - v pomere k hmotnostiam bitov binárneho kódu ( E, 2E, 4E a 8 E). Ak i-tý bit vstupného kódu N IN sa rovná jednej, potom musí byť príslušný kľúč otvorený, zatiaľ čo generátor napätia, v ktorom je hodnota napätia úmerná hmotnosti tohto i-tý výboj, podieľa sa na tvorbe výstupného napätia U OUT z prevodníka. Ukazuje sa teda, že hodnota výstupného napätia U OUTPUT DAC je úmerný hodnote vstupného kódu N VX.

Ryža. 3.3. Vytvorenie DAC na základe váženého súčtu napätí

Napríklad, ak je hodnota vstupného kódu N IN sa rovná jedenástim, t.j. v binárnej forme je reprezentovaný ako (1011), potom kľúče ovládajú zodpovedajúce bity S 1, S 2 a S 4 v obvode na obr. 3.3 sa otvorí a kľúč S 3 - zatvorené. Teda napätia rovné E, 2E a 8 E... Celkovo budú tvoriť výstupné napätie U OUT = 11 ja, teda hodnotu výstupného napätia U OUT bude úmerné hodnote vstupného kódu N BX = 11.

V druhom prípade je DAC implementovaný ako kódovo riadený delič napätia (obrázok 3.4).

Ryža. 3.4. Vytvorenie DAC založeného na kódovo riadenom deliči napätia

Kódom riadený delič sa skladá z dvoch ramien. Ak je bitová šírka implementovaného DAC rovná n, potom je počet rezistorov v každej vetve 2 n... Odpor každého ramena rozdeľovača sa mení pomocou kláves S... Klávesy sú ovládané výstupným jednotkovým kódom dekodéra Dc, navyše klávesy jedného ramena ovláda priamo on, ostatné cez invertory. Výstupný kód dekodéra obsahuje počet jednotiek rovný hodnote vstupného kódu N VX. Zároveň nie je ťažké pochopiť, že deliaci pomer deliča bude vždy úmerný hodnote vstupného kódu N VX.

Posledné dve metódy nie sú široko používané kvôli praktickým ťažkostiam pri ich implementácii. Pre štruktúru DAC s váženým súčtom napätí je nemožné implementovať generátory napätia, ktoré by umožňovali skratový režim na výstupe, ako aj spínače, ktoré nemajú zvyškové napätia v uzavretom stave. V štruktúre DAC založeného na kódovo riadenom deliči každé z dvoch ramien deliča pozostáva z veľmi veľkého počtu rezistorov (2 n), obsahuje rovnaký počet kláves na ich ovládanie a objemový dekodér. Preto je pri tomto prístupe implementácia DAC veľmi ťažkopádna. Základnou štruktúrou používanou v praxi je teda štruktúra váženého súčtu DAC.

3.2 DAC s váženým súčtom prúdov

Zvážte konštrukciu najjednoduchšieho DAC s váženým súčtom prúdov. V najjednoduchšom prípade sa takýto DAC skladá z odporovej matice a sady kľúčov (obr. 3.5).

Ryža. 3.5. Implementácie DAC s odporovou maticou

Počet kľúčov a počet rezistorov v matici sa rovná počtu bitov n vstupný kód N VX. Hodnoty rezistorov sa vyberajú proporcionálne k hmotnostiam binárneho kódu, t.j. proporcionálne k hodnotám série 2i,i = 1… n... Keď je zdroj napätia pripojený k spoločnému uzlu matice a kľúče sú zatvorené, prúd preteká každým odporom. Hodnoty prúdov cez odpory budú vďaka vhodnej voľbe ich hodnôt rozdelené podľa binárneho zákona, t.j. proporcionálne k hmotnostiam bitov binárneho kódu. Pri odosielaní vstupného kódu N Zapnutie klávesov IN sa vykoná v súlade s hodnotou zodpovedajúcich bitov vstupného kódu. Kľúč je zatvorený, ak sa zodpovedajúca číslica rovná jednej. V tomto prípade sú prúdy úmerné hmotnostiam týchto výbojov sčítané v aktuálnom uzle a hodnota prúdu tečúceho z uzla ako celku bude úmerná hodnote vstupného kódu. N VX.

Táto štruktúra má dva výstupné uzly. V závislosti od hodnoty bitov vstupného kódu sú im zodpovedajúce kľúče pripojené k uzlu spojenému s výstupom zariadenia alebo k inému uzlu, ktorý je najčastejšie uzemnený. V tomto prípade cez každý odpor matice prúd tečie neustále, bez ohľadu na polohu kľúča, a množstvo prúdu spotrebovaného zo zdroja referenčného napätia je konštantné.

Ryža. 3.6. Implementácie DAC založené na odporovej matici a s prepínačmi

Spoločnou nevýhodou oboch uvažovaných štruktúr je veľký pomer medzi najmenšou a najväčšou hodnotou maticových rezistorov. Zároveň, napriek veľkému rozdielu v hodnotách rezistorov, je potrebné zabezpečiť rovnakú absolútnu chybu osadenia najväčšieho aj najmenšieho odporu. To znamená, že relatívna presnosť osadenia veľkých odporov by mala byť veľmi vysoká. V integrovanej verzii DAC s počtom číslic viac ako desať je to dosť ťažké zabezpečiť.

Štruktúry založené na odpore R- 2R matice (obr. 3.7).

Ryža. 3.7. Implementácie DAC založené na R-2R odporová matrica

a s preklápacími klávesmi

Môžete sa uistiť, že pri takejto konštrukcii odporovej matice je prúd v každej nasledujúcej paralelnej vetve dvakrát menší ako v predchádzajúcej, to znamená, že ich hodnoty sú rozdelené podľa binárneho zákona. Prítomnosť iba dvoch hodnôt odporu v matici, ktoré sa líšia o faktor dva, umožňuje celkom jednoducho upraviť ich hodnoty bez kladenia vysokých požiadaviek na relatívnu presnosť nastavenia.

3.3 Parametre a chyby DAC

Systém elektrických charakteristík DAC, odrážajúci vlastnosti ich konštrukcie a fungovania, kombinuje viac ako tucet parametrov. Nižšie sú uvedené hlavné odporúčané na zahrnutie do regulačnej a technickej dokumentácie ako najbežnejšie a najkompletnejšie popisujúce činnosť meniča v statickom a dynamickom režime.

1. Počet bitov - počet bitov vstupného kódu.

2. Konverzný faktor je pomer prírastku výstupného signálu k prírastku vstupného signálu pre lineárnu konverznú funkciu.

3. Čas ustálenia výstupného napätia alebo prúdu je časový interval od okamihu zmeny daného kódu na vstupe DAC do okamihu, v ktorom výstupné napätie alebo prúd konečne vstúpi do zóny rovnajúcej sa hmotnosti najmenej významného bit (LSB) symetricky umiestnený vzhľadom na hodnotu v ustálenom stave. Na obr. 3.8 ukazuje prechodovú funkciu DAC, ukazuje zmenu výstupného signálu DAC v čase pri zmene kódu. Okrem doby ustálenia charakterizuje aj niektoré ďalšie dynamické parametre DAC - veľkosť prekmitu výstupného signálu, stupeň tlmenia, kruhová frekvencia procesu ustálenia atď.

4. Maximálna frekvencia konverzie - najvyššia vzorkovacia frekvencia, pri ktorej špecifikované parametre zodpovedajú stanoveným normám.

Existujú aj ďalšie parametre, ktoré charakterizujú výkon DAC a vlastnosti jeho fungovania. Medzi nimi: vstupné napätie nízkej a vysokej úrovne, zvodový prúd na výstupe, spotreba prúdu, rozsah výstupného napätia alebo prúdu, koeficient vplyvu nestability napájacích zdrojov a iné.

Najdôležitejšie parametre pre DAC sú tie, ktoré určujú jeho charakteristiky presnosti, ktoré sú určené normalizovanými chybami.

Ryža. 3.8. Určenie doby ustálenia výstupného signálu DAC

V prvom rade je potrebné jasne rozlišovať statické a dynamické chyby DAC. Statické chyby sú chyby, ktoré zostanú po dokončení všetkých prechodných procesov spojených so zmenou vstupného kódu. Dynamické chyby sú určené prechodnými procesmi na výstupe DAC alebo jeho základných jednotiek, ktoré vznikli v dôsledku zmeny vstupného kódu.

Hlavné typy statických chýb DAC sú definované nasledovne.

Absolútna chyba prevodu na konci stupnice- odchýlka hodnoty výstupného napätia (prúdu) od menovitej hodnoty zodpovedajúcej koncovému bodu stupnice prevodnej funkcie. Pre DAC pracujúce s externým zdrojom referenčného napätia sa určuje bez zohľadnenia chyby spôsobenej týmto zdrojom. Merané v jednotkách najmenej významného bitu konverzie.

Nulové offsetové napätie na výstupe - napätie na výstupe DAC pri nulovom vstupnom kóde. Merané v jednotkách najmenšej významnej číslice. Definuje paralelný posun aktuálnej transformačnej funkcie a nezavádza nelinearitu. Ide o aditívnu chybu.

Chyba konverzného faktora(mierka) - multiplikačná chyba spojená s odchýlkou ​​sklonu transformačnej funkcie od požadovanej.

Nelinearita DAC- odchýlka skutočnej konverznej funkcie od dohodnutej priamky. Hlavnou požiadavkou na DAC je z tohto pohľadu povinná monotónnosť charakteristík, ktorá určuje jednoznačnosť súladu medzi výstupnými a vstupnými signálmi prevodníka. Formálne je požiadavka monotónnosti taká, aby charakteristika znamienka derivátu zostala konštantná v celom pracovnom úseku.

Vo všeobecnosti sa chyby nelinearity delia na dva typy - integrálne a diferenciálne.

Integrálna chyba nelinearity- maximálna odchýlka reálnych charakteristík od ideálu. V skutočnosti sa berie do úvahy spriemerovaná konverzná funkcia. Určte túto chybu ako percento konečného rozsahu výstupnej veličiny. Integrálna nelinearita vzniká v dôsledku rôznych nelineárnych efektov, ktoré ovplyvňujú činnosť meniča ako celku. Najzreteľnejšie sa prejavujú v integrálnej konštrukcii meničov. Napríklad môže byť spojená s inou úrovňou zahrievania v LSI pre rôzne vstupné kódy niektorých nelineárnych odporov.

Chyba diferenciálnej nelinearity- odchýlka reálnej charakteristiky od ideálnej pre susedné kódové hodnoty. Tieto chyby odrážajú nemonotónne odchýlky reálnej charakteristiky od ideálnej. Na charakterizáciu celej konverznej funkcie sa vyberie lokálne maximum diferenciálnej nelinearity v absolútnej hodnote. Limity diferenciálnej nelinearity sú vyjadrené v jednotkách s najmenšou významnou bitovou hmotnosťou.

Uvažujme o dôvodoch výskytu diferenciálnych chýb a o tom, ako ovplyvňujú konverzné funkcie DAC. Predstavte si, že všetky hmotnosti bitov v DAC sú nastavené dokonale presne, okrem hmotnosti najvýznamnejšieho bitu.

Ak vezmeme do úvahy postupnosť všetkých kombinácií kódov pre binárny kód určitej bitovej šírky, potom vzory tvorby binárneho kódu určujú okrem iného skutočnosť, že v kombináciách kódov zodpovedajúcich hodnotám od nuly do polovice celej stupnice (od nuly do polovice maximálnej hodnoty kódu), najvýznamnejší bit sa vždy rovná nule a v kombináciách kódov zodpovedajúcich hodnotám od polovice stupnice po jeho plnú hodnotu je najvýznamnejší bit sa vždy rovná jednej. Preto pri dodávaní kódov zodpovedajúcich prvej polovici stupnice vstupného kódu do DAC sa váha najvýznamnejšieho bitu nezúčastňuje na vytváraní výstupného signálu a pri dodávaní kódov zodpovedajúcich druhej polovici sa neustále zúčastňuje . Ale ak je váha tejto kategórie špecifikovaná s chybou, potom sa táto chyba prejaví aj pri tvorbe výstupného signálu. To sa potom prejaví vo funkcii prevodu DAC, ako je znázornené na obr. 3.9. a.

Ryža. 3.9. Vplyv referenčnej chyby na funkciu prevodu DAC

váhu najvýznamnejšej kategórie.

Z obr. 3.9. a... je vidieť, že pre prvú polovicu hodnôt vstupného kódu zodpovedá skutočná konverzná funkcia DAC ideálnej a pre druhú polovicu hodnôt vstupného kódu sa skutočná konverzná funkcia líši od ideálnej o množstvo chýb pri nastavovaní váhy najvýznamnejšieho bitu. Minimalizáciu vplyvu tejto chyby na konverznú funkciu DAC možno dosiahnuť výberom takého konverzného faktora škály, ktorý zníži chybu v koncovom bode konverznej škály na nulu (obr. 3.9. b). Je možné vidieť, že diferenciálne chyby sú rozdelené symetricky vzhľadom na stred stupnice. To im určilo iný názov – chyby symetrického typu. Zároveň je možné vidieť, že prítomnosť takejto chyby určuje nemonotónne správanie funkcie prevodu DAC.

Na obr. 3.10. a... je znázornené, ako sa bude skutočná konverzná funkcia DAC líšiť od ideálnej, za predpokladu, že sa nevyskytnú chyby pri nastavovaní váh všetkých číslic, okrem číslice predchádzajúcej tej nadradenej. Ryža. 3.10. b... zobrazuje správanie transformačnej funkcie, ak vyberiete (zníži na nulu) zložku mierky celkovej chyby.

Metrológia "href =" / text / category / metrologiya / "rel =" záložka "> Je racionálne dosiahnuť metrologické ukazovatele komplexne, technologickými metódami s rôznymi konštrukčnými metódami. A pri použití hotových integrálnych prevodníkov konštrukčných metód sú jediným spôsobom, ako ďalej zlepšovať metrologické charakteristiky prepočítavacieho systému ...

Chyby nulového posunu a mierky sa ľahko opravia na výstupe DAC. Na tento účel sa do výstupného signálu zavedie konštantná odchýlka, ktorá kompenzuje posun charakteristiky prevodníka. Požadovaná stupnica prevodu sa nastaví buď korekciou zosilnenia nastaveného na výstupe prevodníka zosilňovača, alebo úpravou hodnoty referenčného napätia, ak je DAC násobiaci.