Динамические выходные характеристики

Идеальный ЦАП должен мгновенно выдать аналоговый сигнал при подаче на вход цифрового кода. Реально аналоговый сигнал на выходе появляется через какое-то время установления (Т_уст), которое складывается из времени внутренней задержки (t _зад) распространения и  времени нарастания выходного напряжения в выходном усилителе. Т_уст начинается с запуска преобразователя и заканчивается, когда на выходе ЦАП установится стабильное значение аналогового напряжения в заданных пределах (статическая ошибка). Значение времени установ­ления увеличивается с возрастанием разности последовательно преобразуемых значений α_j. По­этому оно определяется обычно при максимальном значении разности последовательно пре­обра­зу­е­мых сигналов, а также при определенном значении нагрузки ЦАП. На рис. 9.6 ин­тервал времени установления 4 подразделяется на участки 1, 2, 3.

Рис. 9.6. Переходная характеристика ЦАП для определения его динамиче­ских па­раметров

Время задержки – интервал времени, за который с_j(t) изме­няется на 0,1k (участок 1). Время нарастания – интер­вал времени, за который с_j(t) изменяется от c_j-n+0,1k до с_j-n+0,9k (участок 2). Время окончательного уста­новления – интервал времени, за который с_j(t) переходит от нарастания до установления в заданных пределах d (учас­ток 3).

Время переключения – сум­ма времен задержки и нара­стания.

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

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

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 к опорному напряжению.

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. 9.7): 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

(9.5)

Используя переключатели SA1.2, SA1.3, можно дискретно менять величину опорного напряжения, а изменением величины сопротивления переменного операционного резистора R1 можно изменять величину этого напряжения плавно.

Выход ИОН подключен к контрольной клемме Х6.

ЦАПТ DA2 выполнен на микросхеме К572ПА1 (рис. 9.8), которая представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, выполненный по структуре R-2R с внутренним дополнительным сопротивлением R (выводы 1 и 16), которое используется как сопротивление обратной связи в схеме ЦАПН (см. рис. 9.7), реализованном на ЦАПТ и операционном усилителе DA1.2 К157УД2. К резистору ОС можно с помощью переключателя SA1.4 параллельно подключать внешний резистор R17, что приведет к изменению коэффициента преобразования.

Выход ЦАПН подключен к контрольной клемме Х7 и входу АЦП DA3. Величина выходного напряжения ЦАПН задается коммутацией 10-разрядного блока переключателей SA2. В положении “ON” соответствующий разряд обнулен, в обратном положении – разряд активен.

Р ис. 9.7. Принципиальная схема части стенда с ЦАП и формирователем скачкообразных входных воздействий

Г енератор импульсов выполнен на одновибраторе К555АГ3 в соответствующем включении. Частота импульсов определяется величиной сопротивления резисторов R11 и R12 и величиной емкости конденсаторов С2 и С3. Приблизительно период следования импульсов при равенстве сопротивлений и емкостей оценивается как Т=0,7^хR^xC.

Выход генератора подключается на тактирующий вход ТИ АЦП и на контрольную точку (контакт Б1 разъема XS1).

Перемычкой, соединяющей гнездо XS1:Б1 с клеммами Х8-Х11, выходной сигнал генератора может быть также подключен к некоторым входам ЦАПТ, что позволяет проверять динамические характеристики ЦАП. При этом соответствующий переключатель блока SA2 должен быть разомкнут, а остальные – замкнуты.