Курс: Теорія інформації та кодування
Тема: аналого-цифрові І цифро-аналогові
ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
2. Цифроаналоговий перетворювач
3. АНАЛОГОЦІФРОВИЕ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ
Список Літератури
ВСТУП
Сучасний етап у розвитку телефонії, радіомовлення, телебачення, запису та відтворення звуку характеризується тенденцією до переходу на цифрову форму представлення інформації. Більшість первинних сигналів (струм, напруга, швидкість, тиск і т. д.) представляються в аналоговій формі, і для обробки їх за допомогою ЕОМ вони перетворюються на цифровий n -розрядний код.
Для управління зміною аналогових величин за результатами їх обробки в ЕОМ необхідно здійснювати зворотне перетворення цифрової інформації, в аналогову.
Перетворення здійснюється за допомогою перетворювачів цифро-аналогових (ЦАП) і аналого-цифрових (АЦП). Існують різні методи цифроаналогового і аналого-цифрового перетворення, що реалізують різні алгоритми функціонування і відповідні структури технічної реалізації.
Практична реалізація схем ЦАП і АЦП може бути виконана на основі однієї або декількох мікросхем у залежності від використовуваної серії мікросхеми та характеристик перетворювача (розрядності, швидкодії і т. д.).
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Основними характеристиками перетворювачів є:
1. Динамічний діапазон це діапазон зміни вхідних і вихідних величин, який визначається відношенням максимального значення вхідної- X або вихідний-Y величин, до мінімальним
(1)
2. Тимчасові характеристики: період квантування - D t; частота квантування f до = 1 / D t -Вибирається залежно від спектру сигналу.
- Час перетворення - Т пр - інтервал часу від початку перетворення до появи вихідного сигналу із заданою точністю. Чим вище точність, тим більше час перетворення. Час перетворення характеризує швидкодію.
3. Точність перетворення , яка залежить від похибок: квантування, інструментальної та похибки апаратури (чутливості датчика, кроку квантування, розрядності перетворювача, точності обробки ЕОМ і т. д.).
4 . Надійність, достовірність, перешкодозахищеність , збої і відмови .
2. Цифроаналоговий ПЕРЕТВОРЮВАЧІ
Цифро-аналоговий перетворювач (Код-аналог) призначений для перетворення вхідного сигналу, заданого в цифровому коді в аналоговий вихідний сигнал.
Існує ряд методів цифро-аналогового перетворення. Найбільш поширеним є метод підсумовування на одне навантаження струмів або напруг з вагами 2 n за допомогою ключів, керованих вхідним цифровим кодом (рис. 1).
Рис. 1. Схема ЦАП
Широко використовуються ЦАП, виконані на основі резистивної матриці, схема якого наведена на рис. 2.
U o R U o /2 R U o /4 R U o /8
O
2R 2R 2R 2R 2R
2 3 2 2 2 1 2 0
R oc
U вих
Про 0
Рис.2. Схема ЦАП на основі резистивної матриці
Найбільш загальні типи електронних ЦАП:
1. широтно-імпульсний модулятор - найпростіший тип ЦАП. Стабільне джерело струму або напруги періодично включається на час, пропорційне перетворюваних цифровому коду, далі отримана імпульсна послідовність фільтрується аналоговим фільтром низьких частот. Такий спосіб часто використовується для управління швидкістю електромоторів, а також стає популярним в Hi-Fi (Клас апаратури) аудіотехніки;
2. ЦАП передискретизації , такі як дельта-сигма ЦАП, засновані на змінюваною щільності імпульсів. Передискретизація дозволяє використовувати ЦАП з меншою розрядністю для досягнення більшої розрядності підсумкового перетворення; часто дельта-сигма ЦАП будується на основі найпростішого однобітний ЦАП, який є практично лінійним. На ЦАП малої розрядності надходить імпульсний сигнал з модульованим щільністю імпульсів (c постійною тривалістю імпульсу, але із змінною шпаруватістю), який створюється з використанням негативного зворотного зв'язку. Негативний зворотний зв'язок виступає в ролі фільтра високих частот для шуму квантування. Більшість ЦАП великий розрядності (більш 16 біт) побудовані на цьому принципі внаслідок його високої лінійності і низької вартості. Швидкодія дельта-сигма ЦАП досягає сотні тисяч відліків в секунду, розрядність - до 24 біт. Для генерації сигналу з модульованим щільністю імпульсів може бути використаний простий дельта-сигма модулятор першого порядку або більш високого порядку як MASH (англ. Multi stage noise SHaping). З збільшенням частоти передискретизації пом'якшуються вимоги, пропоновані до Вихідний фільтр низьких частот і поліпшується придушення шуму квантування;
3. ваговий ЦАП , в якому кожному біту перетворюваного двійкового коду відповідає резистор або джерело струму, підключений на загальну точку підсумовування. Сила струму джерела (провідність резистора) пропорційна вазі біта, якому він відповідає. Таким чином, всі ненульові біти коду підсумовуються з вагою. Ваговий метод один з найшвидших, але йому властива низька точність через необхідність наявності набору безлічі різних прецизійних джерел або резисторів. З цієї причини зважувальні ЦАП мають розрядність не більше восьми біт;
4. ланцюгова R-2R схема є варіацією вісового ЦАП. У R-2R ЦАП зважені значення створюються в спеціальній схемі, що складається з резисторів з опорами R і 2R. Це дозволяє істотно поліпшити точність по порівнянні із звичайним зважувати ЦАП, тому порівняно просто виготовити набір прецизійних елементів з однаковими параметрами. Недоліком методу є більш низька швидкість внаслідок паразитної ємності;
5. сегментний ЦАП містить по одному істочнку струму або резистору на кожне можливе значення вихідного сигналу. Так, наприклад, восьмібітного ЦАП цього типу містить 255 сегментів, а 16-бітний - 65535. Теоретично, сегментні ЦАП мають найвищу швидкодію, тому для перетворення досить замкнути один ключ, відповідний вхідного коду;
6. гібридні ЦАП використовують комбінацію перерахованих вище способів. Більшість мікросхем ЦАП відноситься до цього типу; вибір конкретного набору способів є компромісом між швидкодією, точністю і вартістю ЦАП.
3. АНАЛОГОЦІФРОВИЕ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ
Аналого-цифровий перетворювач (аналог - код) призначений для перетворення аналогової величини в цифровий код. Схема АЦП залежить від методу перетворення і способу його реалізації. Ряд схем АЦП містить у своєму складі ЦАП.
Існує ряд методів аналого-цифрового перетворення: послідовного рахунку; порозрядного врівноваження; подвійного інтегрування; з перетворенням напруги в частоту; паралельного перетворення.
Найбільш часто використовується метод порозрядного врівноваження (послідовного перетворення), при цьому послідовно формуються коди, починаючи з цифри старшого розряду 2 n-1 і завершуючи молодшим (першим). Ці коди надходять на ЦАП, вихід якого, порівнюється з ...
