- •Автоматизация измерений, контроля и испытаний
- •Введение. Основные определения и термины
- •1. Принципы построения измерительных систем
- •1.1. Ввод аналоговых сигналов в измерительных системах
- •1.1.1. Датчики измерительных систем и устройства согласования
- •1.1.2. Измерительные коммутаторы
- •1.1.3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •1.2. Оценка системных параметров многоканальных измерительных систем
- •1.3. Каналы передачи данных (интерфейс)
- •1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments
- •1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc
- •1.4.2. Многофункциональные платы и устройства для сбора данных
- •1.4.3. Модульные измерительные системы стандарта pxi
- •1.4.4. Система распределенного ввода/вывода и промышленного управления FieldPoint
- •1.4.5. Реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRio
- •1.5. Система дистанционного измерения и сбора измерительно-диагностической информации
- •1.5.1. Общая структура системы
- •1.5.2. Измерительная часть автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.3. Алгоритмы работы автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения
- •2. Сигналы и методы их исследования
- •2.1. Общие характеристики электрических сигналов
- •2.2. Методы исследования прохождения сигналов
- •2.3. Динамические модели преобразователей сигналов
- •2.4. Механические, тепловые и электрические аналогии
- •2.4.1. Механические элементы
- •2.4.2. Тепловые элементы
- •2.4.3. Электрические элементы
- •2.5. Фильтры
- •2.5.1. Фильтры нижних частот
- •2.5.2. Фильтры верхних частот
- •2.5.3. Полосовые фильтры
- •2.5.4. Полосно-подавляющие фильтры
- •3. Аналоговая обработка сигналов
- •3.1. Операционные усилители. Основные свойства
- •3.2. Параметры и характеристики оу
- •3.3. Обратная связь в усилителях
- •3.4. Влияние ос на параметры усилителей
- •3.5. Применение операционных усилителей
- •3.5.1. Инвертирующий усилитель
- •3.5.2. Неинвертирующий усилитель
- •3.5.3. Суммирующий усилитель
- •3.5.4. Дифференциальный усилитель
- •3.5.5. Измерительный усилитель
- •3.5.6. Интеграторы
- •3.5.7. Дифференциаторы
- •3.5.8. Нелинейные преобразователи на оу
- •3.6. Активные фильтры
- •4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •4.1. Электронные ключи и коммутаторы
- •4.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •4.2.1. Общие положения
- •4.2.2. Цап с суммированием токов
- •4.2.3. Цап с внутренними источниками тока
- •4.2.4. Сегментированные цап
- •4.4.5. Цифровые потенциометры
- •4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
- •4.2.7. Параметры цап
- •4.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.3. Ацп последовательного приближения
- •4.3.4. Последовательно-параллельные ацп конвейерного типа
- •4.3.5. Сигма-дельта ацп
- •5. Цифровая обработка сигналов
- •5.1. Общая характеристика цифровых сигналов и цифровых микросхем
- •5.2. Основы алгебры логики
- •5.3. Логические элементы
- •5.3.1. Типы логических элементов
- •5.3.2. Параметры логических элементов
- •5.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функции. Минимизация логических функций
- •5.5. Типы выходных каскадов цифровых элементов
- •5.6. Сложные логические элементы
- •6. Функциональные устройства на цифровых микросхемах
- •6.1. Системы счисления
- •6.2. Дешифраторы и шифраторы
- •6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •6.4. Компараторы кодов
- •6.5. Сумматоры
- •6.6. Триггеры
- •6.7. Регистры
- •6.8. Счетчики импульсов
- •6.9. Автоматизированные измерительные системы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.2.7. Параметры цап
В настоящее время ассортимент выпускаемых ИС ЦАП довольно широк. Поскольку все они обладают различными характеристиками, необходимо понимать физический смысл параметров ЦАП, приводимых в технической документации и справочниках.
Статические параметры ЦАП. Допустим, на входы ЦАП подается двоичный код, значения которого меняются от минимального до максимального с шагом, равным 1. Этот входной код преобразуется в дискретные значения выходной аналоговой величины. Совокупностью значений выходного сигнала ЦАП Uвых в зависимости от входного кода D называют статической характеристикой преобразования.
Рис.
4.25. Статическая характеристика
преобразования ЦАП
Рис.
4.26. Линейная погрешность шкалы на
единицу МЗР
2. Разрешающая способность — приращение Uвых при преобразовании смежных значений Di, т. е. отличающихся на единицу МЗР. Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования h=Uпш/'2N–1, где Uпш — номинальное максимальное выходное напряжение ЦАП (напряжение полной шкалы), N — разрядность ЦАП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.
Рис.
4.27. Передаточная характеристика ЦАП
со сдвигом нуля на 0,5 МЗР
δпш=(εпш/Uпш)100 %. (4.5)
Погрешность полной шкалы является мультипликативной составляющей полной погрешности. Иногда указывается соответствующим числом единиц МЗР.
4. Погрешность смещения нуля — значение Uвых, когда входной код ЦАП равен нулю (рис. 4.27). Является аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:
δсм=(εсм/Uпш)100 %. (4.6)
5. Нелинейность — максимальное отклонение реальной характеристики преобразования Uвых(D) от оптимальной. Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности. Нелинейность обычно определяется в относительных единицах, но в справочных данных приводится также и в единицах МЗР. Для характеристики, приведенной на рис. 4.28,
Рис.
4.28. Передаточная характеристика ЦАП с
нелинейностью ±0,5 МЗР
Дифференциальная нелинейность — максимальное изменение (с учетом знака) отклонения реальной характеристики преобразования Uвых(D) от оптимальной при переходе от одного значения входного кода к другому смежному значению. Обычно определяется в относительных единицах или в ЕМР. Для характеристики, приведенной на рис. 4.28,
δдн=(εi+εi+1)/Uпш·100 %. (4.7)
Рис.
4.29. Немонотонная передаточная
характеристика ЦАП (нелинейность больше
±0,5 МЗР)
7. Температурная нестабильность ЦАП характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.
8. Диапазон изменения напряжения или тока — полная шкала изменения напряжения от 0 до Uвых макс или тока от 0 до Iвых макс.
9. Полное выходное сопротивление ЦАП Zвых определяется со стороны выходных зажимов. Оно зависит в основном от выходного сопротивления суммирующего усилителя и имеет порядок сотен ом.
Погрешности полной шкалы и смещения нуля могут быть устранены калибровкой (подстройкой). Погрешности нелинейности простыми средствами устранить нельзя.
Рис.
4.30. Переходная характеристика ЦАП
1. Время установления tуст — интервал времени от момента изменения входного кода (на рис. 4.29) до момента, когда в последний раз выполняется равенство |Uвых–Uп|=d/2.
2. Скорость нарастания — максимальная скорость изменения Uвых(t) во время переходного процесса. Определяется как отношение приращения ΔUвых к времени Δt, за которое произошло это приращение. Обычно указывается в технических характеристиках ЦАП с выходным сигналом в виде напряжения. У ЦАП с токовым выходом этот параметр в большой степени зависит от типа выходного ОУ.
3. Частота обновления — максимальная частота, с которой может происходить смена содержимого входных регистров ЦАП.
Применение ЦАП в различной радиоэлектронной аппаратуре, прежде всего, непосредственно связано со скоростью преобразования, значение которой определяется временем установления. Требуемые значения скорости преобразования изменяются в диапазоне от нескольких герц до десятков мегагерц в зависимости от области применения ЦАП. В связи с этим применяют время установления как классификационный параметр для разделения ЦАП на группы среднего, высокого и сверхвысокого быстродействия, характеризуемые соответственно значениями времени установления в пределах 20—1; 1—0,1; 0,1—0,01 мкс.