Belangrijkste kenmerken van digitaal-naar-analoog-converters. Analoog naar digitaal conversie voor beginners

De eenvoudigste digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC) is een single-bit-omzetter. Een eenvoudige begrenzingsversterker, die als zo'n DAC gebruikt kan worden, kan als zo'n DAC dienen. Eén gemaakt met behulp van CMOS-technologie is bijzonder geschikt, omdat bij deze technologie de uitgangsstromen van één en nul gelijk zijn. Een dergelijke digitaal-naar-analoog-omzetter wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1. Schematisch diagram van een enkel-bit digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC)

Een DAC met één cijfer zet het teken van een getal om in analoge vorm. Voor digitaal-naar-analoog-conversie met een zeer hoge bemonsteringsfrequentie, vele malen hoger dan de Kotelnikov-frequentie, is een dergelijke converter ruim voldoende, maar in de meeste gevallen is voor digitaal-naar-analoog-conversie van hoge kwaliteit een groter aantal bits zijn vereist. Het is bekend dat een binair getal wordt beschreven door de volgende formule:

(1)

Om digitale binaire code in spanning om te zetten, kunt u deze formule rechtstreeks gebruiken, dat wil zeggen: gebruik een analoge opteller. We zullen de stromen instellen met behulp van weerstanden. Als de weerstanden een factor twee van elkaar verschillen, zullen de stromen ook aan de binaire wet gehoorzamen, zoals weergegeven in formule (1). Als er een logische bit aanwezig is aan de uitgang van het register, wordt deze met behulp van een weerstand omgezet in een stroom die overeenkomt met een binaire bit. In dit geval werkt de spanning als een digitaal-naar-analoog-omzetter. Het schakelschema van een DAC die werkt volgens het beschreven principe wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. Schematisch diagram van een vier-bits digitaal-naar-analoog-omzetter met optelling van gewichtsstromen

In het diagram in figuur 2 is de potentiaal van de tweede terminal nul. Dit wordt bereikt door parallelle negatieve feedback, die de ingangsimpedantie van de op-amp vermindert. De overdrachtscoëfficiënt wordt geselecteerd met behulp van een weerstand die is verbonden van de uitgang naar de ingang van de operationele versterker. Als eenheidsversterking vereist is, moet deze weerstand gelijk zijn aan de parallelle weerstand van alle weerstanden die op de uitgangen van het parallelle register zijn aangesloten. In het beschreven apparaat zal de stroom van lage orde acht keer minder zijn dan de stroom van hoge orde. Om de invloed van ingangsstromen van een echte operationele versterker te verminderen, wordt een weerstand met een weerstand gelijk aan de parallelle aansluiting van alle andere weerstanden aangesloten tussen de niet-inverterende ingang en de gemeenschappelijke draad.

Aangezien er aan de uitgang van alle registerbits een spanning van nul staat of gelijk is aan de voedingsspanning, zal aan de uitgang van de operationele versterker de spanning werken in het bereik van nul tot minus de voedingsspanning. Dit is niet altijd handig. Als u wilt dat het apparaat op één enkele stroombron werkt, moet het een beetje worden gewijzigd. Om dit te doen, legt u een spanning gelijk aan de helft van de voeding aan op de niet-inverterende ingang van de operationele versterker. Het kan worden verkregen uit een resistieve spanningsdeler. De nulstroom en de ene stroom van de registereindtrap in het nieuwe circuit moeten overeenkomen. Dan zal de spanning aan de uitgang van de operationele versterker variëren in het bereik van nul tot de voedingsspanning. Het circuit van een digitaal-naar-analoog-omzetter met unipolaire voeding wordt getoond in Figuur 3.

Figuur 3. D/A-converter met één voeding

In de schakeling weergegeven in figuur 3 wordt de stabiliteit van de uitgangsstroom en -spanning verzekerd door de stabiliteit van de voedingsspanning van het parallelle register. De voedingsspanning van digitale chips is echter meestal erg luidruchtig. Deze ruis zal ook aanwezig zijn in het uitgangssignaal. In een meerbits digitaal-naar-analoog-omzetter is dit ongewenst, dus worden de uitgangsschakelaars gevoed door een zeer stabiele, ruisarme omzetter. Momenteel worden dergelijke microschakelingen geproduceerd door een aantal bedrijven. Voorbeelden hiervan zijn de ADR4520 van Analog Devices of de MAX6220_25 van Maxim Integrated.

Bij het vervaardigen van multi-bit digitaal-naar-analoog-omzetters is het noodzakelijk om weerstanden met hoge precisie te vervaardigen. Voorheen werd dit bereikt door het lasersnijden van weerstanden. Momenteel worden meestal geen weerstanden, maar stroomgeneratoren op veldeffecttransistoren als stroombronnen gebruikt. Het gebruik van veldeffecttransistors kan de grootte van de DAC-chip aanzienlijk verkleinen. In dit geval zijn de transistors parallel geschakeld om de stroom te vergroten. Dit maakt het mogelijk om een hoge nauwkeurigheid te bereiken van de huidige naleving van de binaire wet ( i 0 , 2i 0 , 4i 0 , 8i 0, enz.). Hoge conversiesnelheid wordt bereikt met een lage belastingsweerstand. Het circuit van een digitale code-omzetter naar uitgangsstroom, werkend volgens het beschreven principe, wordt getoond in figuur 4.

Figuur 4. Intern DAC-circuit met stroomoptelling

Uiteraard zijn de in figuur 4 getoonde elektronische schakelaars ook veldeffecttransistors. Als u ze echter in een diagram weergeeft, kunt u in de war raken over waar de sleutel is en waar de huidige generator is. Omdat een veldeffecttransistor tegelijkertijd kan werken als stroomgenerator en als elektronische schakelaar, worden ze vaak gecombineerd en wordt de binaire wet gevormd met behulp van, zoals weergegeven in figuur 5.

Figuur 5. Intern DAC-circuit met optelling van gelijke stromen

Een voorbeeld van een chip die gebruik maakt van een huidige sommatieoplossing is de AD7945 DAC. Daarin wordt de sommatie van stromen gebruikt om de meest significante bits te vormen. Om met cijfers van lage orde te werken, . Meestal wordt een operationele versterker gebruikt om de uitgangsstroom in spanning om te zetten, maar de zwenksnelheid ervan heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties van de digitaal-naar-analoog-omzetter als geheel. Daarom wordt het DAC-circuit met een operationele versterker alleen gebruikt in breedbandcircuits zoals audio- of televisiesignaalconversie.

Figuur 6. Digitaal-naar-analoog converter binaire code-spanning

Literatuur:

Lees samen met het artikel “Digitaal-naar-analoog converters (DAC’s) met huidige sommatie”:

http://site/digital/R2R/

http://site/digital/sigmaadc.php

Sollicitatie

De DAC wordt gebruikt wanneer het nodig is om een signaal van een digitale weergave naar een analoge weergave om te zetten, bijvoorbeeld in cd-spelers (audio-cd).

DAC-typen

De meest voorkomende typen elektronische DAC's zijn:

Pulsbreedtemodulator- het eenvoudigste type DAC. Een stabiele stroom- of spanningsbron wordt periodiek ingeschakeld gedurende een tijd die evenredig is aan de digitale code die wordt omgezet, waarna de resulterende pulsreeks wordt gefilterd door een analoog laagdoorlaatfilter. Deze methode wordt vaak gebruikt om de snelheid van elektromotoren te regelen en wordt ook steeds populairder in hifi-audioapparatuur;

Overbemonstering DAC, zoals delta-sigma DAC's, zijn gebaseerd op variabele pulsdichtheid. Met oversampling kunt u een DAC met een lagere bitdiepte gebruiken om een hogere bitdiepte van de uiteindelijke conversie te bereiken; Vaak wordt een delta-sigma DAC gebouwd op basis van een eenvoudige één-bit DAC, die vrijwel lineair is. Een low-bit DAC ontvangt een pulssignaal met pulsdichtheid gemoduleerd(met een constante pulsduur, maar met een variabele duty-cycle), gemaakt met behulp van negatieve feedback. Negatieve feedback fungeert als een hoogdoorlaatfilter voor kwantiseringsruis.

De meeste DAC's met grote bits (meer dan 16 bits) zijn op dit principe gebouwd vanwege de hoge lineariteit en lage kosten. De snelheid van de delta-sigma DAC bereikt honderdduizenden samples per seconde, de bitdiepte bedraagt maximaal 24 bits. Om een pulsdichtheidsgemoduleerd signaal te genereren, kan een eenvoudige delta-sigma modulator van de eerste orde of hogere orde, zoals MASH, worden gebruikt. Meertraps geluidsvorming). Het verhogen van de herbemonsteringsfrequentie verzacht de vereisten voor het uitgangslaagdoorlaatfilter en verbetert de onderdrukking van kwantiseringsruis;

Weegtype DAC, waarin elke bit van de geconverteerde binaire code overeenkomt met een weerstand of stroombron die is aangesloten op een gemeenschappelijk sommatiepunt. De bronstroom (geleidingsvermogen van de weerstand) is evenredig met het gewicht van de bit waarmee deze overeenkomt. Alle niet-nul bits van de code worden dus aan het gewicht toegevoegd. De weegmethode is een van de snelste, maar wordt gekenmerkt door een lage nauwkeurigheid vanwege de behoefte aan een reeks verschillende precisiebronnen of weerstanden en variabele impedantie. Om deze reden hebben weeg-DAC's een maximale breedte van acht bits;

Ladder DAC(keten R-2R-circuit). In de R-2R-DAC worden waarden gecreëerd in een speciaal circuit bestaande uit weerstanden met weerstanden R En 2R, een matrix met constante impedantie genoemd, die twee soorten opnames heeft: gelijkstroommatrix en inverse spanningsmatrix. Het gebruik van identieke weerstanden kan de nauwkeurigheid aanzienlijk verbeteren vergeleken met een conventionele weeg-DAC, omdat het relatief eenvoudig is om een reeks precisie-elementen met dezelfde parameters te produceren. Met DAC's van het R-2R-type kunt u de beperkingen op de bitdiepte verleggen. Met lasertrimmen van weerstanden op één substraat wordt een nauwkeurigheid van 20-22 bits bereikt. Het grootste deel van de conversietijd wordt doorgebracht in de operationele versterker, dus deze moet zo snel mogelijk zijn. De snelheid van de DAC is enkele microseconden of minder (dat wil zeggen nanoseconden);

Kenmerken

DAC's bevinden zich aan het begin van het analoge pad van elk systeem, dus de parameters van de DAC bepalen grotendeels de parameters van het hele systeem als geheel. Hieronder volgen de belangrijkste kenmerken van een DAC.

Maximale bemonsteringssnelheid- de maximale frequentie waarop de DAC kan werken en het juiste resultaat aan de uitgang oplevert. Volgens de stelling van Nyquist-Shannon (ook bekend als de stelling van Kotelnikov) moet, om een analoog signaal vanuit een digitale vorm correct te reproduceren, de bemonsteringsfrequentie niet minder zijn dan tweemaal de maximale frequentie in het signaalspectrum. Om bijvoorbeeld het gehele voor mensen hoorbare audiofrequentiebereik, waarvan het spectrum zich uitstrekt tot 20 kHz, weer te geven, is het noodzakelijk dat het audiosignaal wordt bemonsterd met een frequentie van ten minste 40 kHz. De audio-cd-standaard stelt de audiobemonsteringsfrequentie in op 44,1 kHz; Om dit signaal te reproduceren heeft u een DAC nodig die op deze frequentie kan werken. Goedkope computergeluidskaarten hebben een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz. Signalen die op andere frequenties zijn bemonsterd, worden opnieuw bemonsterd naar 48 kHz, waardoor de signaalkwaliteit gedeeltelijk verslechtert.

Monotoon- het vermogen van de DAC om het analoge uitgangssignaal te vergroten wanneer de ingangscode toeneemt.

THD+N(totale harmonische vervorming + ruis) - een maat voor de vervorming en ruis die door de DAC in het signaal wordt geïntroduceerd. Uitgedrukt als een percentage van het harmonische vermogen en de ruis in het uitgangssignaal. Een belangrijke parameter voor DAC-toepassingen met een klein signaal.

Dynamisch bereik- de verhouding tussen de grootste en kleinste signalen die de DAC kan weergeven, uitgedrukt in decibel. Deze parameter houdt verband met de bitdiepte en de ruisdrempel.

Statische kenmerken:
- DNL (differentiële niet-lineariteit) - karakteriseert hoeveel de analoge signaalincrement verkregen door het verhogen van de code met 1 minst significante bit (LSB) verschilt van de juiste waarde;
- INL (integrale niet-lineariteit) - karakteriseert hoeveel de overdrachtskarakteristiek van de DAC verschilt van de ideale. Het ideale kenmerk is strikt lineair; INL laat zien hoe ver de spanning aan de DAC-uitgang voor een bepaalde code afwijkt van de lineaire karakteristiek; uitgedrukt in minimumloon;
- verdienen;
- vooroordeel.

Frequentiekarakteristieken:
- SNDR (signaal-ruisverhouding + vervorming) - karakteriseert in decibel de verhouding van het uitgangssignaalvermogen tot het totale vermogen van ruis en harmonische vervorming;
- HDi (i-de harmonische coëfficiënt) - karakteriseert de verhouding van de i-de harmonische tot de fundamentele harmonische;
- THD (harmonische vervormingsfactor) is de verhouding tussen het totale vermogen van alle harmonischen (behalve de eerste) en het vermogen van de eerste harmonische.

Zie ook

Literatuur

Jean M. Rabai, Anantha Chandrakasan, Borivozh Nikolic. Digitale geïntegreerde schakelingen. Ontwerpmethodologie = Digitale geïntegreerde schakelingen. - 2e druk. - M.: Williams, 2007. - 912 d. - ISBN 0-13-090996-3
Mingliang Liu. Het ontraadselen van circuits met geschakelde condensatoren. ISBN-0-75-067907-7.
Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS analoog circuitontwerp. ISBN-0-19-511644-5.

Koppelingen

Digitaal-naar-analoog converters (DAC's), theorie en werkingsprincipes op de Microelectronics Market-website
Digitaal-naar-analoog-omzetters voor digitale signaalverwerkingstoepassingen
INL/DNL-metingen voor snelle ADC's leggen uit hoe INL en DNL worden berekend
Alexey Stakhov. Fibonacci Computer Deel 1, Deel 2, Deel 3 // PCweek.ru, 2002
R-2R Ladder DAC uitgelegd bevat schema's

Microcontrollers

Architectuur

8-bits	MCS-51 MCS-48 PIC AVR Z8 H8 COP8 68HC08 68HC11
16-bits

DAC met pulsbreedtemodulatie

Serieel geschakelde condensator DAC

Parallelle DAC's

DAC met optelling van gewichtsstromen
DAC op huidige bronnen
Vorming van het uitgangssignaal in de vorm van spanning
Parallel geschakelde condensator DAC
DAC met spanningsoptelling

D/A-converterinterfaces

Seriële ingang DAC
Parallelle ingang DAC

DAC-applicatie

Omgaan met ondertekende nummers
Vermenigvuldigers en delers van functies
Verzwakkers en integratoren op DAC's
Systemen voor directe digitale signaalsynthese

DAC-parameters

Digitaal-naar-analoog omzetters

Een digitaal-analoogomzetter (DAC) is ontworpen om een getal, meestal gedefinieerd als een binaire code, om te zetten in een spanning of stroom die evenredig is aan de waarde van de digitale code. De circuits van digitaal-naar-analoog-omzetters zijn zeer divers. In afb. Figuur 1 toont een classificatieschema van de DAC volgens circuitkarakteristieken. Bovendien worden IC's van digitaal-naar-analoog-omzetters geclassificeerd volgens de volgende criteria:

Op type uitgangssignaal: met stroomuitgang en spanningsuitgang
Per type digitale interface: met seriële invoer en met parallelle invoer van invoercode
Op basis van het aantal DAC's op de chip: enkelkanaals en meerkanaals
Op snelheid: gemiddelde en hoge snelheid

Rijst. 1. DAC-classificatie

DAC met optelling van gewichtsstromen

De meeste parallelle DAC-circuits zijn gebaseerd op de optelling van stromen, waarvan de sterkte evenredig is met het gewicht van het digitale binaire bit, en alleen de bitstromen waarvan de waarde gelijk is aan 1 moeten worden opgeteld, stel dat je dat wilt om een vier-bits binaire code om te zetten in een analoog stroomsignaal. Het vierde, meest significante cijfer (MSB) heeft een gewicht van 2 3 =8, het derde cijfer heeft 2 2 =4, het tweede heeft 2 1 =2 en het minst significante cijfer heeft 2 0 =1. Als het gewicht van de MZR I MZR = 1 mA dus I SZR =8 mA, en de maximale uitgangsstroom van de omzetter I uitgang max = 15 mA en komt overeen met code 1111 2. Het is duidelijk dat de code 1001 2 bijvoorbeeld zal overeenkomen I uit =9 mA, enz. Bijgevolg is het noodzakelijk een circuit te construeren dat het opwekken en schakelen van nauwkeurige weegstromen volgens bepaalde wetten garandeert. Het eenvoudigste diagram dat dit principe implementeert, wordt getoond in Fig. 3.

MET De weerstanden van de weerstanden zijn zo gekozen dat wanneer de schakelaars gesloten zijn, er een stroom doorheen stroomt die overeenkomt met het gewicht van de ontlading. De sleutel moet worden gesloten als de corresponderende bit van het ingangswoord gelijk is aan één. De uitgangsstroom wordt bepaald door de relatie

Bij een hoge bitcapaciteit van de DAC moeten de stroominstelweerstanden met hoge nauwkeurigheid worden afgestemd. De strengste nauwkeurigheidseisen worden gesteld aan weerstanden met de hoogste cijfers, omdat de spreiding van de stromen daarin de stroom van het lage cijfer niet mag overschrijden. Daarom verspreidde de weerstand zich k-de cijfer moet kleiner zijn dan

R/R=2 – k

Uit deze voorwaarde volgt dat de spreiding van de weerstandsweerstand, bijvoorbeeld in het vierde cijfer, niet groter mag zijn dan 3%, en in het 10e cijfer – 0,05%, enz.

Het overwogen schema heeft, ondanks al zijn eenvoud, een hele reeks nadelen. Ten eerste zal voor verschillende ingangscodes de door de referentiespanningsbron (RPS) verbruikte stroom verschillend zijn, en dit zal de waarde van de uitgangsspanning RES beïnvloeden. Ten tweede kunnen de weerstandswaarden van gewichtsweerstanden duizenden keren verschillen, en dit maakt het erg moeilijk om deze weerstanden in halfgeleider-IC's te implementeren. Bovendien kan de weerstand van de hogere orde weerstanden in multi-bit DAC's vergelijkbaar zijn met de weerstand van de gesloten schakelaar, wat tot een conversiefout zal leiden. Ten derde wordt in dit circuit een aanzienlijke spanning toegepast op de open schakelaars, wat hun constructie ingewikkelder maakt.

Deze tekortkomingen werden geëlimineerd in het AD7520 DAC-circuit (binnenlands analoog van 572PA1), ontwikkeld door Analog Devices in 1973, dat nu in wezen een industriestandaard is (veel seriële DAC-modellen worden er volgens gemaakt). Het aangegeven diagram wordt getoond in Fig. 4. MOS-transistors worden hier gebruikt als schakelaars.

Rijst. 4. DAC-circuit met schakelaars en constante impedantiematrix

In dit circuit wordt de instelling van de wegingscoëfficiënten van de omzettrappen uitgevoerd door het sequentieel delen van de referentiespanning met behulp van een resistieve matrix met constante impedantie. Het belangrijkste element van een dergelijke matrix is een spanningsdeler (Fig. 5), die aan de volgende voorwaarde moet voldoen: als deze is belast met weerstand R n, en vervolgens de ingangsimpedantie R inx moet ook de waarde aannemen R N. Kettingverzwakkingscoëfficiënt = U 2 /U 1 bij deze belasting moet de opgegeven waarde hebben. Wanneer aan deze voorwaarden is voldaan, verkrijgen we de volgende uitdrukkingen voor weerstanden:

in overeenstemming met figuur 4.

Omdat in elke positie van de schakelaars S k ze verbinden de onderste klemmen van de weerstanden met de gemeenschappelijke circuitbus, de referentiespanningsbron wordt geladen met een constante ingangsimpedantie R binnen = R. Dit zorgt ervoor dat de referentiespanning voor elke DAC-ingangscode onveranderd blijft.

Volgens afb. 4 worden de uitgangsstromen van de schakeling bepaald door de relaties

en de ingangsstroom

Omdat de onderste klemmen van de weerstanden 2 R matrices voor elke schakeltoestand S k verbonden met de gemeenschappelijke circuitbus via de lage weerstand van de gesloten schakelaars, zijn de spanningen op de schakelaars altijd klein, binnen enkele millivolt. Dit vereenvoudigt de constructie van schakelaars en stuurcircuits en maakt het gebruik van referentiespanningen uit een breed bereik mogelijk, inclusief verschillende polariteiten. Omdat de DAC-uitgangsstroom afhankelijk is van U Op lineair (zie (8)), kunnen omvormers van dit type worden gebruikt om een analoog signaal te vermenigvuldigen (door dit toe te passen op de referentiespanningsingang) met een digitale code. Dergelijke DAC's worden genoemd vermenigvuldigen(MDAC).

De nauwkeurigheid van dit circuit wordt verminderd doordat het voor DAC's met een hoog bit noodzakelijk is om de weerstand aan te passen R 0 schakelaars met ontlaadstromen. Dit is vooral belangrijk voor sleutels van hoge orde. In de 10-bits AD7520 DAC zijn de belangrijkste MOSFET's van de zes belangrijkste bits bijvoorbeeld verschillend gemaakt qua oppervlak en weerstand. R 0 neemt toe volgens de binaire code (20, 40, 80, ..., 640 Ohm). Op deze manier worden de spanningsvallen over de schakelaars van de eerste zes bits gelijk gemaakt (tot 10 mV), wat monotoniciteit en lineariteit van de DAC-transiënte respons garandeert. De 12-bits DAC 572PA2 heeft een differentiële niet-lineariteit van maximaal 0,025% (1 LSB).

Ministerie van Onderwijs en Wetenschap van Oekraïne

Nationale Maritieme Academie van Odessa

Afdeling Maritieme Elektronica

in de discipline "Systemen voor het verzamelen en verwerken van telemetrische informatie"

"Digitaal-naar-analoog converters"

Voltooid:

set van FEM en RE

groepen 3131

Strukov S.M.

Gecontroleerd: Art. docent

Kudelkin I.N.

Odessa – 2007

1. Inleiding

2. Algemene informatie

3. Seriële DAC's

4. Parallelle DAC's

5. Toepassing van DAC

6. DAC-parameters

7. Lijst met referenties

INVOERING

De afgelopen decennia zijn te danken aan de wijdverbreide introductie van micro-elektronica en computertechnologie in de nationale economie, waarbij de uitwisseling van informatie wordt verzekerd door lineaire analoge en digitale omzetters (ADC en DAC).

Het moderne stadium wordt gekenmerkt door grote en ultragrote geïntegreerde schakelingen, DAC's en ADC's, met hoge prestatieparameters: snelheid, kleine fouten, multi-bit. De opname van een LSI DAC en ADC als een enkele, functioneel complete eenheid vereenvoudigde de implementatie ervan in apparaten en installaties die zowel in wetenschappelijk onderzoek als in de industrie worden gebruikt, en maakte het mogelijk om snel informatie uit te wisselen tussen analoge en digitale apparaten.

Algemene informatie

o Op type uitgangssignaal: met stroomuitgang en spanningsuitgang.

o Per type digitale interface: met seriële invoer en met parallelle invoer van de invoercode.

o Op basis van het aantal DAC's op de chip: enkelkanaals en meerkanaals.

o Op snelheid: matige en hoge snelheid.

Rijst. 1. DAC-classificatie

SERIËLE DAC's

DAC met pulsbreedtemodulatie

Heel vaak maakt een DAC deel uit van microprocessorsystemen. Als in dit geval geen hoge snelheid vereist is, kan de digitaal-naar-analoog-conversie zeer eenvoudig worden gerealiseerd met behulp van pulsbreedtemodulatie (PWM). Het DAC-circuit met PWM wordt getoond in Fig. 1a.

Rijst. 1. DAC met pulsbreedtemodulatie

Digitaal-naar-analoog-conversie wordt het eenvoudigst georganiseerd als de microcontroller een ingebouwde pulsbreedte-conversiefunctie heeft (bijvoorbeeld AT90S8515 van Atmel of 87C51GB van Intel). PWM-uitgang bestuurt de schakelaar S. Afhankelijk van de gespecificeerde conversiebitdiepte (voor de AT90S8515-controller zijn 8-, 9- en 10-bit-modi mogelijk) genereert de controller, met behulp van zijn timer/teller, een reeks pulsen, waarvan de relatieve duur g = T En / T wordt bepaald door de relatie

Waar N- conversiebitdiepte, en D- geconverteerde code. Een laagdoorlaatfilter verzacht de pulsen en benadrukt de gemiddelde spanningswaarde. Als gevolg hiervan neemt de uitgangsspanning van de omzetter toe

Het beschouwde circuit biedt een bijna ideale lineariteit van de conversie en bevat geen precisie-elementen (behalve de referentiespanningsbron). Het grootste nadeel is de lage prestatie.

Serieel geschakelde condensator DAC

Het hierboven besproken PWM DAC-circuit zet de digitale code eerst om in een tijdsinterval, dat wordt gegenereerd met behulp van een binaire teller, kwantum voor kwantum, om zo te verkrijgen N- 2 bit-conversies vereist N tijdkwanta (cycli). Het seriële DAC-circuit getoond in Fig. 2 maakt het mogelijk dat digitaal-naar-analoog-conversie in aanzienlijk minder klokcycli wordt uitgevoerd.

In dit circuit zijn de condensatorcapaciteiten MET 1 en MET 2 zijn gelijk. Voordat de conversiecyclus begint, wordt de condensator MET 2 wordt gelost met een sleutel S 4. Het binaire invoerwoord wordt gespecificeerd als een seriële code. De conversie wordt opeenvolgend uitgevoerd, beginnend bij het minst significante cijfer D 0 . Elke conversiecyclus bestaat uit twee halve cycli. In de eerste halve cyclus de condensator MET 1 laadt op tot referentiespanning U op bij D 0 =1 door de sleutel te sluiten S 1 of ontlaadt naar nul bij D 0 =0 door de sleutel te sluiten S 2. In de tweede halve cyclus met de sleutels open S 1 ,S 2 en S 4 sleutels sluiten S 3, waardoor de lading in tweeën wordt gedeeld MET 1 en MET 2. Als resultaat krijgen we

U 1 (0)=U uit (0)=( D 0 /2)U op

Terwijl op de condensator MET 2 lading blijft gehandhaafd, procedure voor het opladen van de condensator MET 1 moet worden herhaald voor het volgende cijfer D 1 invoerwoord. Na een nieuwe oplaadcyclus zal de spanning op de condensatoren gelijk zijn

De transformatie wordt op dezelfde manier uitgevoerd voor de resterende bits van het woord. Als resultaat voor N-bit DAC-uitgangsspanning zal gelijk zijn aan

Als u het resultaat van de conversie voor langere tijd wilt bewaren, moet er een UVH op de uitgang van de schakeling worden aangesloten. Na het einde van de conversiecyclus moet u een bemonsteringscyclus uitvoeren, de UVH in de opslagmodus zetten en de conversie opnieuw starten.

Het gepresenteerde circuit transformeert dus de invoercode in 2 N quanta, wat aanzienlijk minder is dan die van een PWM DAC. Hier zijn slechts twee op elkaar afgestemde kleine condensatoren nodig. De configuratie van het analoge deel van de schakeling is niet afhankelijk van de bitdiepte van de geconverteerde code. Qua prestaties is een seriële DAC echter aanzienlijk inferieur aan parallelle digitaal-naar-analoog converters, wat het toepassingsgebied ervan beperkt.

De meeste parallelle DAC-circuits zijn gebaseerd op de optelling van stromen, waarvan de sterkte evenredig is met het gewicht van het digitale binaire bit, en alleen de bitstromen waarvan de waarde gelijk is aan 1 moeten worden opgeteld, stel dat je dat wilt om een vier-bits binaire code om te zetten in een analoog stroomsignaal. Het gewicht van het vierde, meest significante cijfer (MSD) is 2 3 =8, het derde cijfer - 2 2 =4, het tweede - 2 1 =2 en het minst significante (LSB) - 2 0 =1. Als het gewicht van de SZR I MZR = 1 mA, dan I SZR = 8 mA, en de maximale uitgangsstroom van de omzetter I out.max = 15 mA en komt overeen met code 1111 2. Het is duidelijk dat code 1001 2 bijvoorbeeld overeenkomt met I out = 9 mA, enz. Bijgevolg is het noodzakelijk een circuit te construeren dat het opwekken en schakelen van nauwkeurige weegstromen volgens bepaalde wetten garandeert. Het eenvoudigste circuit dat dit principe implementeert, wordt getoond in Fig. 3.

De weerstand van de weerstanden is zo gekozen dat wanneer de schakelaars gesloten zijn, er een stroom doorheen stroomt die overeenkomt met het gewicht van de ontlading. De sleutel moet worden gesloten als de corresponderende bit van het ingangswoord gelijk is aan één. De uitgangsstroom wordt bepaald door de relatie

Bij een hoge bitcapaciteit van de DAC moeten de stroominstelweerstanden met hoge nauwkeurigheid worden afgestemd. De strengste nauwkeurigheidseisen worden gesteld aan weerstanden met de hoogste cijfers, omdat de spreiding van de stromen daarin de stroom van het lage cijfer niet mag overschrijden. Daarom moet de spreiding van de weerstand bij de k-de ontlading kleiner zijn dan

Uit deze voorwaarde volgt dat de spreiding van de weerstandsweerstand, bijvoorbeeld in het vierde cijfer, niet groter mag zijn dan 3%, en in het 10e cijfer - 0,05%, enz.

Ministerie van Onderwijs en Wetenschap van Oekraïne

Nationale Maritieme Academie van Odessa

Afdeling Maritieme Elektronica

in de discipline "Systemen voor het verzamelen en verwerken van telemetrische informatie"

"Digitaal-naar-analoog converters"

Voltooid:

set van FEM en RE

groepen 3131

Strukov S.M.

Gecontroleerd: Art. docent

Kudelkin I.N.

Odessa – 2007

1. Inleiding

2. Algemene informatie

3. Seriële DAC's

4. Parallelle DAC's

5. Toepassing van DAC

6. DAC-parameters

7. Lijst met referenties

INVOERING

Algemene informatie

o Op type uitgangssignaal: met stroomuitgang en spanningsuitgang.

o Per type digitale interface: met seriële invoer en met parallelle invoer van de invoercode.

o Op basis van het aantal DAC's op de chip: enkelkanaals en meerkanaals.

o Op snelheid: matige en hoge snelheid.

Rijst. 1. DAC-classificatie

SERIËLE DAC's

DAC met pulsbreedtemodulatie

Rijst. 1. DAC met pulsbreedtemodulatie

Het beschouwde circuit biedt een bijna ideale lineariteit van de conversie en bevat geen precisie-elementen (behalve de referentiespanningsbron). Het grootste nadeel is de lage prestatie.

Serieel geschakelde condensator DAC

U 1 (0)=U uit (0)=( D 0 /2)U op

De transformatie wordt op dezelfde manier uitgevoerd voor de resterende bits van het woord. Als resultaat voor N-bit DAC-uitgangsspanning zal gelijk zijn aan

De meeste parallelle DAC-circuits zijn gebaseerd op de optelling van stromen, waarvan de sterkte evenredig is met het gewicht van het digitale binaire bit, en alleen de bitstromen waarvan de waarde gelijk is aan 1 moeten worden opgeteld, stel dat je dat wilt om een vier-bits binaire code om te zetten in een analoog stroomsignaal. Het gewicht van het vierde, meest significante cijfer (MSD) is 2 3 =8, het derde cijfer - 2 2 =4, het tweede - 2 1 =2 en het minst significante (LSB) - 2 0 =1. Als het gewicht van de SZR I MZR = 1 mA, dan I SZR = 8 mA, en de maximale uitgangsstroom van de omzetter I out.max = 15 mA en komt overeen met code 1111 2. Het is duidelijk dat code 1001 2 bijvoorbeeld overeenkomt met I out = 9 mA, enz. Bijgevolg is het noodzakelijk een circuit te construeren dat het opwekken en schakelen van nauwkeurige weegstromen volgens bepaalde wetten garandeert. Het eenvoudigste circuit dat dit principe implementeert, wordt getoond in Fig. 3.

Bij een hoge bitcapaciteit van de DAC moeten de stroominstelweerstanden met hoge nauwkeurigheid worden afgestemd. De strengste nauwkeurigheidseisen worden gesteld aan weerstanden met de hoogste cijfers, omdat de spreiding van de stromen daarin de stroom van het lage cijfer niet mag overschrijden. Daarom moet de spreiding van de weerstand bij de k-de ontlading kleiner zijn dan

Uit deze voorwaarde volgt dat de spreiding van de weerstandsweerstand, bijvoorbeeld in het vierde cijfer, niet groter mag zijn dan 3%, en in het 10e cijfer - 0,05%, enz.

Rijst. 4. DAC-circuit met schakelaars en constante impedantiematrix

In dit circuit wordt de instelling van de wegingscoëfficiënten van de omzettrappen uitgevoerd door het sequentieel delen van de referentiespanning met behulp van een resistieve matrix met constante impedantie. Het belangrijkste element van een dergelijke matrix is een spanningsdeler (Fig. 5), die aan de volgende voorwaarde moet voldoen: als deze is belast met weerstand R n, moet de ingangsweerstand R in ook de waarde R n aannemen. De kettingverzwakkingscoëfficiënt a=U 2 /U 1 bij deze belasting moet een bepaalde waarde hebben. Wanneer aan deze voorwaarden is voldaan, verkrijgen we de volgende uitdrukkingen voor weerstanden:

Bij binaire codering a =0,5. Als we R n = 2R stellen, dan is R s = R en R p = 2R in overeenstemming met figuur 4.

Omdat de schakelaars Sk in elke positie de onderste aansluitingen van de weerstanden verbinden met de gemeenschappelijke circuitbus, wordt de referentiespanningsbron belast met een constante ingangsweerstand Rin =R. Dit zorgt ervoor dat de referentiespanning voor elke DAC-ingangscode onveranderd blijft.

Volgens afb. 4 worden de uitgangsstromen van de schakeling bepaald door de relaties

en de ingangsstroom

Omdat de onderste aansluitingen van de weerstanden 2R van de matrix, in elke toestand van de schakelaars Sk, zijn verbonden met de gemeenschappelijke circuitbus via de lage weerstand van de gesloten schakelaars, zijn de spanningen op de schakelaars altijd klein, binnen een paar millivolt. . Dit vereenvoudigt de constructie van schakelaars en stuurcircuits en maakt het gebruik van referentiespanningen uit een breed bereik mogelijk, inclusief verschillende polariteiten. Omdat de uitgangsstroom van de DAC lineair afhangt van Uop (zie (8)), kunnen converters van dit type worden gebruikt om het analoge signaal te vermenigvuldigen (door dit toe te passen op de referentiespanningsingang) met een digitale code. Dergelijke DAC's worden vermenigvuldigende DAC's (MDAC's) genoemd.

De nauwkeurigheid van deze schakeling wordt verminderd doordat het voor DAC's met een hoge bitcapaciteit noodzakelijk is om de weerstand Ro van de schakelaars aan te passen aan de bitstromen. Dit is vooral belangrijk voor sleutels van hoge orde. In de 10-bits AD7520 DAC worden de belangrijkste MOSFET's van de zes meest significante bits bijvoorbeeld verschillend qua oppervlak gemaakt en neemt hun weerstand Ro toe volgens de binaire code (20, 40, 80, : , 640 Ohm). Op deze manier worden de spanningsvallen over de schakelaars van de eerste zes bits gelijk gemaakt (tot 10 mV), wat monotoniciteit en lineariteit van de DAC-transiënte respons garandeert. De 12-bits DAC 572PA2 heeft een differentiële niet-lineariteit van maximaal 0,025% (1 LSB).

DAC's op basis van MOS-schakelaars presteren relatief laag vanwege de grote ingangscapaciteit van de MOS-schakelaars. Dezelfde 572PA2 heeft een insteltijd van de uitgangsstroom bij het wijzigen van de ingangscode van 000...0 naar 111...1, gelijk aan 15 μs. De Burr-Braun 12-bit DAC7611 heeft een uitgangsspanningsinsteltijd van 10 µs. Tegelijkertijd hebben DAC's op basis van MOS-switches een minimaal stroomverbruik. Dezelfde DAC7611 verbruikt slechts 2,5 mW. Onlangs zijn er DAC-modellen van het hierboven besproken type verschenen met hogere prestaties. Zo heeft de 12-bits AD7943 een stroombezinktijd van 0,6 μs en een stroomverbruik van slechts 25 μW. Dankzij het lage eigen verbruik kunnen dergelijke DAC's met microvermogen rechtstreeks worden gevoed vanuit de referentiespanningsbron. Bovendien hebben ze misschien niet eens een pin voor het aansluiten van een ION, bijvoorbeeld AD5321.

DAC op huidige bronnen

DAC's op basis van stroombronnen hebben een hogere nauwkeurigheid. In tegenstelling tot de vorige versie, waarin de gewichtsstromen worden gevormd door weerstanden met een relatief lage weerstand en daardoor afhankelijk zijn van de weerstand van de schakelaars en de belasting, worden de gewichtsstromen in dit geval geleverd door transistorstroombronnen met een hoge dynamiek. weerstand. Een vereenvoudigd circuit van een DAC met behulp van stroombronnen wordt getoond in Fig. 6.

Rijst. 6. DAC-circuit op stroombronnen

De gewichtsstromen worden gegenereerd met behulp van een resistieve matrix. De potentiaal van de bases van de transistors is hetzelfde, en om ervoor te zorgen dat de potentiaal van de emitters van alle transistors gelijk is, worden de oppervlakken van hun emitters verschillend gemaakt in overeenstemming met de wegingscoëfficiënten. De rechterweerstand van de matrix is niet verbonden met de gemeenschappelijke bus, zoals in het diagram in Fig. 4, en op twee parallel geschakelde identieke transistoren VT 0 en VT n, waardoor de stroom door VT 0 gelijk is aan de helft van de stroom door VT 1. De ingangsspanning voor de resistieve matrix wordt gecreëerd met behulp van de referentietransistor VT op en de operationele versterker OU1, waarvan de uitgangsspanning zodanig wordt ingesteld dat de collectorstroom van de transistor VT op de waarde Iop aanneemt. Uitgangsstroom voor N-bit DAC

Typische voorbeelden van DAC's op basis van stroomschakelaars met bipolaire transistors als schakelaars zijn de 12-bits 594PA1 met een bezinkingstijd van 3,5 μs en een lineariteitsfout van maximaal 0,012% en de 12-bit AD565, die een bezinkingstijd van 0,2% heeft. μs met dezelfde lineariteitsfout. De AD668 presteert nog beter, met een bezinkingstijd van 90 ns en dezelfde lineariteitsfout. Onder de nieuwe ontwikkelingen kunnen we de 14-bit AD9764 vermelden met een bezinkingstijd van 35 ns en een lineariteitsfout van niet meer dan 0,01%. Bipolaire differentiaaltrappen waarin transistoren in actieve modus werken, worden vaak gebruikt als stroomschakelaars Sk. Hierdoor kan de bezinkingstijd worden teruggebracht tot enkele nanoseconden. Het stroomschakelcircuit voor differentiële versterkers wordt getoond in Fig. 7.

Differentiële cascades VT 1 -VT 3 en VT" 1 -VT" 3 zijn gevormd uit standaard ESL-kleppen. De stroom Ik die door de collectoraansluiting van de uitgangs-emittervolger vloeit, is de uitgangsstroom van de cel. Als er een hoge spanning wordt aangelegd op de digitale ingang Dk, gaat transistor VT 3 open en sluit transistor VT" 3. De uitgangsstroom wordt bepaald door de uitdrukking

De nauwkeurigheid neemt aanzienlijk toe als de weerstand Re wordt vervangen door een gelijkstroombron, zoals in het circuit in Fig. 6. Vanwege de symmetrie van het circuit is het mogelijk om twee uitgangsstromen te genereren: direct en invers. De snelste modellen van dergelijke DAC's hebben ESL-ingangsniveaus. Een voorbeeld is de 12-bit MAX555, die een bezinkingstijd heeft van 4 ns naar het 0,1%-niveau. Omdat de uitgangssignalen van dergelijke DAC's het radiofrequentiebereik bestrijken, hebben ze een uitgangsimpedantie van 50 of 75 ohm, die moet worden aangepast aan de karakteristieke impedantie van de kabel die op de uitgang van de omzetter is aangesloten.

DAC-TOEPASSING

Regelingen voor het gebruik van digitaal-naar-analoog-omzetters hebben niet alleen betrekking op het gebied van code-naar-analoog-omzetting. Met behulp van hun eigenschappen kunt u de producten van twee of meer signalen bepalen, functieverdelers bouwen, analoge verbindingen bestuurd door microcontrollers, zoals verzwakkers en integrators. Ook signaalgeneratoren, inclusief willekeurige golfvormen, zijn een belangrijk toepassingsgebied voor DAC’s. Hieronder staan enkele signaalverwerkingscircuits die D-A-converters bevatten.

Omgaan met ondertekende nummers

Tot nu toe werd bij het beschrijven van digitaal-naar-analoog-omzetters digitale invoerinformatie weergegeven in de vorm van natuurlijke getallen (unipolair). Het verwerken van gehele getallen (bipolair) heeft bepaalde kenmerken. Normaal gesproken worden binaire gehele getallen weergegeven met behulp van de twee-complementcode. Op deze manier kunt u met behulp van acht cijfers getallen in het bereik van -128 tot +127 weergeven. Bij het invoeren van getallen in de DAC wordt dit bereik van getallen verschoven naar 0...255 door 128 op te tellen. Getallen groter dan 128 worden als positief beschouwd, en getallen kleiner dan 128 worden als negatief beschouwd. Het gemiddelde getal 128 komt overeen met nul. Deze representatie van ondertekende cijfers wordt een verschoven code genoemd. Het toevoegen van een getal dat de helft van de volledige schaal van een gegeven bit is (in ons voorbeeld is dit 128) kan eenvoudig worden gedaan door het meest significante (teken) bit om te keren. De correspondentie van de beschouwde codes wordt geïllustreerd in Tabel. 1.

Tabel 1

Verband tussen digitale en analoge grootheden

Om een uitgangssignaal met het juiste teken te verkrijgen, is het noodzakelijk om de verschuiving om te keren door de stroom of spanning af te trekken die de helft van de schaal van de omzetter bedraagt. Dit kan op verschillende manieren voor verschillende typen DAC's. Bij DAC's die zijn gebaseerd op stroombronnen is het variatiebereik van de referentiespanning bijvoorbeeld beperkt en heeft de uitgangsspanning een polariteit die tegengesteld is aan de polariteit van de referentiespanning. In dit geval wordt de bipolaire modus het eenvoudigst geïmplementeerd door een extra voorspanningsweerstand R cm op te nemen tussen de DAC-uitgang en de referentiespanningsingang (Fig. 8a). Weerstand R cm is vervaardigd op een IC-chip. De weerstand ervan is zo gekozen dat de stroom I cm de helft is van de maximale waarde van de DAC-uitgangsstroom.

In principe kan het probleem van de uitgangsstroombias op dezelfde manier worden opgelost voor DAC's op basis van MOS-schakelaars. Om dit te doen, moet u de referentiespanning inverteren en vervolgens een biasstroom genereren uit -U opt, die moet worden afgetrokken van de DAC-uitgangsstroom. Om de temperatuurstabiliteit te behouden, is het echter beter om ervoor te zorgen dat de biasstroom rechtstreeks in de DAC wordt gegenereerd. Om dit te doen, in het diagram in Fig. In figuur 8a wordt een tweede operationele versterker geïntroduceerd en wordt de tweede uitgang van de DAC verbonden met de ingang van deze op-amp (figuur 8b).

Tweede DAC-uitgangsstroom,

Aan de ingang van op-amp1 wordt de stroom I" out opgeteld bij de stroom I mr, overeenkomend met de eenheid van het minst significante cijfer van de invoercode.

De totale stroom wordt omgekeerd. De stroom die door de terugkoppelweerstand R os OU2 vloeit, is

Bij

en wanneer

Bij N=8 komt dit tot een factor 2 overeen met de gegevens in de tabel. 6, rekening houdend met het feit dat voor een op MOS gebaseerde converter de maximale uitgangsstroom schakelt

Als de weerstanden R2 qua weerstand goed op elkaar zijn afgestemd, heeft een absolute verandering in hun waarde bij temperatuurschommelingen geen invloed op de uitgangsspanning van het circuit.

Voor digitaal-naar-analoog omzetters met een uitgangssignaal in de vorm van spanning, gebouwd op een inverse resistieve matrix (zie figuur 9), kan de bipolaire modus gemakkelijker worden geïmplementeerd (figuur 8c). Dergelijke DAC's bevatten doorgaans een uitgangsbufferversterker op de chip. Om de DAC in een unipolaire verbinding te laten werken, is de vrije aansluiting van de onderste weerstand R in het circuit niet verbonden, of is deze verbonden met een gemeenschappelijk punt in het circuit om de uitgangsspanning te verdubbelen. Om in een bipolaire verbinding te werken, wordt de vrije uitgang van deze weerstand verbonden met de referentiespanningsingang van de DAC. In dit geval werkt de op-amp in een differentiële verbinding en zijn uitgangsspanning

Zoals hierboven vermeld, maken D-A-converters op basis van MOS-schakelaars veranderingen in de referentiespanning binnen een breed bereik mogelijk, inclusief een verandering in polariteit. De DAC-uitgangsspanning is evenredig met het product van de referentiespanning en de digitale ingangscode. Deze omstandigheid maakt het mogelijk om dergelijke DAC's rechtstreeks te gebruiken om een analoog signaal te vermenigvuldigen met een digitale code.

Wanneer de DAC unipolair is aangesloten, is het uitgangssignaal evenredig met het product van een bipolair analoog signaal en een unipolaire digitale code. Zo’n vermenigvuldiger wordt een tweekwadrantvermenigvuldiger genoemd. Wanneer de DAC bipolair is aangesloten (Fig. 8b en 8c), is het uitgangssignaal evenredig met het product van een bipolair analoog signaal en een bipolaire digitale code. Dit circuit kan werken als een vierkwadrantvermenigvuldiger.

Het delen van de ingangsspanning door een digitale schaal MD =D/2 N wordt uitgevoerd met behulp van een tweekwadrantdeelschakeling (Fig. 9).

In het diagram in afb. 9a werkt een MOS-schakelaaromzetter met een stroomuitgang als een spanning-naar-stroomomzetter bestuurd door de D-code en opgenomen in het op-amp-feedbackcircuit. De ingangsspanning wordt toegepast op de vrije aansluiting van de DAC-feedbackweerstand op de IC-chip.

In dit circuit is de uitgangsstroom van de DAC gelijk

dat wanneer aan de voorwaarde R os = R is voldaan, het geeft

Opgemerkt moet worden dat met de code "allemaal nullen" de feedback wordt geopend. Deze modus kan worden voorkomen door een dergelijke code softwarematig uit te schakelen, of door een weerstand met een weerstand gelijk aan R·2 N+1 aan te sluiten tussen de uitgang en de inverterende ingang van de op-amp.

Een deelcircuit gebaseerd op een DAC met een spanningsuitgang gebouwd op een inverse resistieve matrix en inclusief een buffer-op-amp wordt getoond in Fig. 9b. De uitgangs- en ingangsspanningen van dit circuit zijn gerelateerd door de vergelijking

Het volgt .

In dit circuit wordt de versterker bedekt door zowel positieve als negatieve feedback. Om negatieve feedback te laten overheersen (anders verandert de op-amp in een comparator), moet aan voorwaarde D worden voldaan<2 N-1 или M D <1/2. Это ограничивает значение входного кода нижней половиной шкалы.

DAC-PARAMETERS

Met een opeenvolgende toename van de waarden van het digitale ingangssignaal D(t) van 0 naar 2 N -1 via de minst significante eenheid (EMP), vormt het uitgangssignaal Uout (t) een getrapte curve. Deze afhankelijkheid wordt gewoonlijk de DAC-conversiekarakteristiek genoemd. Bij afwezigheid van hardwarefouten bevinden de middelpunten van de stappen zich op de ideale rechte lijn 1 (Fig. 10), die overeenkomt met de ideale transformatiekarakteristiek. Het werkelijke transformatiekenmerk kan aanzienlijk verschillen van het ideale in termen van de grootte en vorm van de treden, evenals hun locatie op het coördinatenvlak. Er zijn een aantal parameters om deze verschillen te kwantificeren.

Rijst. 10 Statische kenmerken van DAC-conversie

Statische parameters

Resolutie - verhoog U uit bij het converteren van aangrenzende waarden D j, d.w.z. anders op de EMR. Deze stap is de kwantiseringsstap. Voor binaire conversiecodes is de nominale waarde van de kwantiseringsstap h=U psh /(2 N -1), waarbij Upsh de nominale maximale uitgangsspanning van de DAC is (volledige schaalspanning), N de bitcapaciteit van de DAC. Hoe hoger de bitdiepte van de converter, hoe hoger de resolutie. Volledige schaalfout is het relatieve verschil tussen de werkelijke en ideale waarden van de conversieschaallimiet bij afwezigheid van nul-offset.

Het is de multiplicatieve component van de totale fout. Soms aangegeven door het bijbehorende EMP-nummer.

Zero offset error - de waarde van U out wanneer de DAC-ingangscode nul is. Het is een additief onderdeel van de totale fout. Meestal uitgedrukt in millivolt of als percentage van de volledige schaal:

Niet-lineariteit is de maximale afwijking van de werkelijke conversiekarakteristiek U uit (D) van de optimale (lijn 2 in figuur 10). De optimale karakteristiek wordt empirisch gevonden om de waarde van de niet-lineariteitsfout te minimaliseren. Niet-lineariteit wordt doorgaans gedefinieerd in relatieve eenheden, maar wordt in de referentiegegevens ook in het EMP weergegeven. Voor de kenmerken getoond in Fig. 10

Differentiële niet-lineariteit is de maximale verandering (rekening houdend met het teken) van de afwijking van de werkelijke transformatiekarakteristiek U uit (D) van de optimale bij het verplaatsen van de ene invoercodewaarde naar een andere aangrenzende waarde. Meestal gedefinieerd in relatieve eenheden of in EMR. Voor de kenmerken getoond in Fig. 10,

De monotoniciteit van de conversiekarakteristiek is een toename (afname) van de uitgangsspanning van de DAC U out met een toename (afname) van de ingangscode D. Als de differentiële niet-lineariteit groter is dan de relatieve kwantiseringsstap h/U psh, dan de convertorkarakteristiek is niet-monotoon.

De temperatuurinstabiliteit van een DA-omzetter wordt gekenmerkt door de temperatuurcoëfficiënten van volledige schaalfout en nul-offsetfout.

Fouten op volledige schaal en nulpuntverschuiving kunnen worden gecorrigeerd door kalibratie (afstemming). Niet-lineariteitsfouten kunnen niet met eenvoudige middelen worden geëlimineerd.

De dynamische parameters van de DAC worden bepaald door de verandering in het uitgangssignaal wanneer de ingangscode abrupt verandert, meestal van de waarde “allemaal nullen” naar “allemaal enen” (Fig. 11).

Rijst. 11. DAC-transiënte respons

De vaststellingstijd is het tijdsinterval vanaf het moment dat de invoercode verandert (in figuur 11 t=0) tot het moment waarop voor de laatste keer aan de gelijkheid wordt voldaan

|U uit -U psh |=d/2,

waarbij d/2 gewoonlijk overeenkomt met EMP.

Zwenksnelheid - de maximale veranderingssnelheid van U uit (t) tijdens het tijdelijke proces. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de toename DU out en de tijd Dt gedurende welke deze toename plaatsvond. Meestal gespecificeerd in de technische specificaties van een DAC met een uitgangsspanningssignaal. Voor een DAC met een stroomuitgang hangt deze parameter grotendeels af van het type uitgangs-op-amp.

Voor het vermenigvuldigen van DAC's met uitgangsspanning worden vaak de eenheidsversterkingsfrequentie en de vermogensbandbreedte gespecificeerd, die voornamelijk worden bepaald door de eigenschappen van de uitgangsversterker.

LIJST VAN GEBRUIKTE REFERENTIES

1. Federkov B.G., Telets V.A., DAC en ADC-microschakelingen: werking, parameters, toepassing. M.: Energoizdat, 1990. –320 p.

2. Valakh VV, Grigoriev VF, Snelle ADC's voor het meten van de vorm van willekeurige signalen M.: Instrumenten en experimentele technieken. 1987. Nr. 4 blz. 86-90

3. Snelle geïntegreerde schakelingen DAC en ADC en meting van hun parameters. Bewerkt door Marcinkavyuches. M.: Radio en communicatie. 1988 –224 blz.©