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 использовать понятие макси­мальной амплитуды шума в определенной полосе частот. Для оцен­ки ЦАП среднего качества принято 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 α_j 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.

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

Чувствительность к нестабильности источника питания – отношение изменения C_j к вызвавшему его изменению напряжения питания.

Характеристики массовых цап

1. Разрядность – от 10 до 14.

2. Дифференциальная нелинейность – 0,5-1 МР.

3. Интегральная нелинейность – от 0,5 до 2 МР.

4. Время установления – t_у=1…100 мкс.

5. Время задержки – менее 1 мкс.

13.5. Ввод в су фазовых сигналов

Напомним, что носителем информации, которая вводится в управляющее устройство, может быть либо медленно меняющееся напряжение или ток, либо сигнал (обычно синусоидальный или близкий к нему) с изменяющейся фазой. ПРАВИЛО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ?

Обработка фазовых сигналов (обычно от электромеханических фазовращателей, известных из курса электропривода) весьма сложна и специфична. Приведем лишь один пример источника фазовых сигналов – синусно-косинусный вращающийся трансформатор (рис. 80). Его выходное напряжение U_вых связано с напряжениями статора U_c1, U_c2 и углом поворота ротора α зависимостью:

Р ис. 80

Применение фазовых сигналов для измерения параметров движения обусловлено высокой точностью измерения первичной величины (обычно положения), линейностью зависимости фазы выходного сигнала от угла поворота вала фазовращателя, простотой и помехоустойчивостью канала связи. Структура функциональных преобразователей соответствующих устройств ввода может быть разработана в процессе, аналогичном синтезу ШИМ (см. п. 13.2) с переходом от функционального этапа к структурному.

Синтез узла измерения фазы начнем с функционального этапа. Поскольку фаза есть временной интервал между одинаковыми состояниями измеряемого сигнала и опорного (в качестве которого берется сигнал на одной из фаз статора фазовращателя), то задача состоит в выявлении одинаковых состояний этих сигналов и вычислении интервала между ними. Отметим, что наиболее точно выявляется переход синусоиды через ноль (объясните, по каким причинам?).

Переходя к этапу структурного синтеза, обнаруживаем, что нам необходимы: генератор импульсов ГИ, вырабатывающий временнЫе метки, частота которых гораздо выше частоты синусоиды на фазовращателе ФВ, счетчик этих импульсов СД, два устройства, называемых нуль-органами, на выходах которых синусоиды превратятся в меандры и ключ &, управляемый состояниями измеряемых сигналов через элемент с двумя состояниями – триггер Т (рис. 81).

Рис.81

Провести анализ функционирования данного узла студентам предлагается самостоятельно.

На этапе аппаратного синтеза можно выбрать различные средства реализации звеньев структуры – микросхемы средней интеграции, большую программируемую интегральную схему или микроконтроллер.