Материал: Исследование узлов систем управления. лабораторный практикум. Герасимов М.И., Болдырев И.А

Характеристики ЦАП в большой степени определяются источником опорного напряжения, который может быть встроен в корпус преобразователя или применяться как внешний элемент (ИМС фирм Analog Device, MAXIM). Если на выходе аналоговый сигнал не усиливается, то максимальный входной код соответствует Uоп. Опорное напряжение также определяет напряжение шага, то есть изменение выхода в ответ на один переход младшего значащего разряда на входе (цена единицы младшего разряда – ЕМР). Один шаг равен

Uоп / 2b, где b – разрядность ЦАП. Чувствительность к нестабильности источника питания представляет собой отноше-

ние изменения Cj к вызвавшему его изменению напряжения питания.

Динамические выходные характеристики ЦАП

Идеальный ЦАП должен мгновенно выдать аналоговый сигнал при подаче на вход цифрового кода. Реально аналоговый сигнал на выходе появляется через какое-то время установления (Туст), которое складывается из времени внутренней задержки (t зад) распространения и времени нарастания выход-

ЦАП установится стабильное значение аналогового напряжения в заданных пределах (статическая ошибка). Значение времени установления увеличивается с возрастанием разности последовательно преобразуемых значений αj. Поэтому оно определяется обычно при максимальном значении разности последовательно преобразуемых сигналов, а также при определенном значении нагрузки ЦАП. На рис. 3.5 интервал времени установления 4 подразделяется на участки 1, 2, 3.

Время задержки – интервал времени, за который сj(t) изменяется на 0,1k (участок 1). Время нарастания – интервал времени, за который сj(t) изменяется от cj-n+0,1k до сj-n+0,9k (участок 2). Время окончательного установления –

46

интервал времени, за который сj(t) переходит от нарастания до установления в заданных пределах d (участок 3). Время переключения – сумма времен задержки и нарастания.

Скорость нарастания – скорость изменения сj(t) на участке 2. Измеряется как отношение приращения е на участке 2 ко времени t, за которое произошло приращение. От скорости нарастания зависит время нарастания.

Рис. 3.5. Переходная характеристика ЦАП для определения его динамических параметров

При преобразовании может возникать и динамическая погрешность (εдин) – разность значений сj(t) и сj, вызванная тем, что следующее переключение произошло в момент t’2, когда еще не закончился процесс установления выходного сигнала.

47

На выходе ЦАП может быть измерена помеха, именуемая цифровым прониканием. Для этого каждое цифровое переключение на входе фиксируют на выходе в виде дополнительных выбросов к статической составляющей. Этот эффект в ЦАП определяется неидеальностью аналоговых ключей, которые коммутируют резистивную матрицу к земле и/или

копорному напряжению.

Кпрочим источникам неточности преобразования «коданалог» относят шумы, помехи и дрейфы.

Шум на выходе ЦАП может появляться по различным причинам, вызываемым физическими процессами, происходящими в полупроводниковых устройствах. Для оценки качества ЦАП с высокой разрешающей способностью принято ис-

пользовать понятие максимальной амплитуды шума в опреде-

ленной полосе частот. Для оценки ЦАП среднего качества при-

нято использовать понятие среднеквадратического значения шума.

Сквозное прохождение – прохождение части сигнала через разомкнутый ключ или группу ключей за счет паразитной емкости. Его характеризуют амплитудой размаха паразитной составляющей, значение которой достигает максимума при максимальной частоте опорного сигнала умножающего ЦАП, когда все ключи разомкнуты.

Выбросы – крутые всплески или провалы в выходном

сигнале, возникающие во время смены значений αj за счет несинхронности размыкания и замыкания аналоговых ключей в разных разрядах ЦАП. Например, если при переходе от значения кода 011...111 к значению 100...000 ключ самого старшего разряда ЦАП откроется позже, чем закроются ключи младших разрядов, то на выходе ЦАП некоторое время будет существовать сигнал, соответствующий значению кода 000...000. Если же этот ключ откроется раньше, то на выходе ЦАП некоторое время будет существовать сигнал, соответствующий значению кода 111...111.

48

Выбросы характерны для быстродействующих ЦАП, где сведены к минимуму емкости, которые могли бы их сгладить. Радикальным способом подавления выбросов является использование устройств выборки и запоминания. Выбросы оценивают по их амплитуде и длительности основания выброса.

Температурная стабильность ЦАП характеризуется

температурными коэффициентами погрешности нелинейно-

сти (ТК ПЛ), погрешности шкалы (ТК ПШ) и погрешности смещения нуля (ТК СН).

Характеристики массовых ЦАП: разрядность – от 10 до 14;

дифференциальная нелинейность – 0,5-1 ЕМР; интегральная нелинейность – от 0,5 до 2 ЕМР; время установления – tУ=1…100 мкс;

время задержки – менее 1 мкс.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд предназначен для исследования как ЦАП, так и АЦП. Та его часть, которая содержит ЦАП и необходимые для его работы вспомогательные схемы, включает (рис. 3.6): источник опорного напряжения ИОН, генератор импульсов ГИ, цифроаналоговый преобразователь тока ЦАПТ, операционный усилитель ОУ, переключатели и клеммы.

ИОН выполнен на операционном усилителе DA1.1 К157УД2, транзисторе VT1 КТ315, стабилитроне VD1 КС147, резисторах R1, R2…R4, R7. Выходное напряжение ИОН определяется величиной напряжения стабилизации стабилитрона и соотношением величин сопротивления операционных резисторов

Используя переключатели SA1.2, SA1.3, можно дискретно менять величину опорного напряжения, а изменением величи-

49

ны сопротивления переменного операционного резистора R1 можно изменять величину этого напряжения плавно.

Выход ИОН подключен к контрольной клемме Х6.

2

9

2

7

Рис. 3.6. Принципиальная схема части стенда с ЦАП и формирователем скачкообразных входных воздействий

50