Основные сведения по характеристикам цап Статические параметры
При выборе ЦАП необходимо определить разрядность прибора b, исходя из того, что код 2b эквивалентен максимальному значению аналогового выходного сигнала. Наименьшее значение аналогового сигнала соответствует одной единице дискретности и получается при подаче на вход ЦАП логической единицы только первого младшего значащего разряда (МЗР или LSB). При однополярном опорном напряжении половина аналогового сигнала получается при подаче на старший значащий сигнал (СЗР или MSB) логической «1», а на все остальные входы (разряды) – лог. «0». При однополярном питании это соответствует полному аналоговому сигналу одного знака – положительного или отрицательного.
Промышленность выпускает ЦАП с разрешением 8-16 разрядов (от 256 до 65536 единиц дискретности). Однако следует учитывать, что разрядность ЦАП не обеспечивает однозначно требуемой точности потому, что должны быть приняты во внимание также другие источники ошибки. Разрядность определяет только разрешающую способность – приращение при преобразовании смежных значений, т.е. отличающихся на единицу МЗР. Это приращение является шагом квантования.
Рассмотрим основные погрешности выходного значения ЦАП и их источники.
Одним из параметров при оценке точности прибора является интегральная нелинейность, которая показывает отклонение функции передачи ЦАП от прямой линии (рис. 9.5, а) – наилучшее приближение к фактической функции передачи между конечными точками. Для ЦАП это отклонение измерено в каждом шаге. В дешевых приборах интегральная нелинейность достигает 1 МЗР.
Дифференциальная нелинейность – различие между фактической высотой шага и идеальным значением 1МЗР. Заданная величина для дифференциальной нелинейности (≤ 1МЗР) гарантирует, что ЦАП является монотонным. Это означает, что никакие данные не потеряны, поскольку выходной сигнал всегда изменяется в соответствии с цифровым кодом на входе.
Рис. 9.5, b показывает дифференциальную нелинейность (ДНЛ) с точки зрения функций передачи.
Рис. 9.5. Основные погрешности при работе ЦАП:
(a) – интегральная нелинейность, (b) – дифференциальная нелинейность, (c) – ошибка смещения и (d) – ошибка от коэффициента передачи
Отклонение фактического выходного значения от идеальной величины представлено на рис. 9.5, с. Для ЦАП ошибка смещения равна выходному напряжению, когда цифровой код на входе нулевой. Эта ошибка остается константной для всех входных значений, и она может быть скомпенсирована при калибровке схемы. Ошибка смещения часто определяется как абсолютная величина в милливольтах, а не МЗР. Приемлемая ошибка смещения – обычно меньше, чем ±10 мВ.
Ошибка от коэффициента усиления определяется как разность между идеальным выходным напряжением и фактическим максимальным значением функции передачи после вычитания ошибки смещения (рис. 9.5, d). Так как ошибка от коэффициента усиления изменяет наклон всей функции передачи, то относительная ошибка будет существовать на каждом шаге преобразования. Эта ошибка может быть выражена в единицах младшего значащего разряда или милливольтах, а также в процентах от максимальной величины.
Характеристики ЦАП в большой степени определяются источником опорного напряжения, который может быть встроен в корпус преобразователя или применяться как внешний элемент. 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. Один шаг равен Uоп / 2b, где b – разрядность ЦАП.