WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Застосування ЦАП - Реферат

Застосування ЦАП - Реферат

Реферат на тему:

Застосування ЦАП

Схеми застосування цифро-аналогових перетворювачів відносяться не тільки до області перетворення код - аналог. Користаючись їхніми властивостями можна визначати добутки двох або більше сигналів, будувати дільники функцій, аналогові ланки, керовані від мікроконтролерів, такі як атенюатори, інтегратори. Важливою областю застосування ЦАП є також генератори сигналів, у тому числі сигналів довільної форми. Нижче розглянуті деякі схеми обробки сигналів, що включають ЦА-перетворювачі.

Обробка чисел, що мають знак

Дотепер при описі цифро-аналогових перетворювачів вхідна цифрова інформація представлявся у виді чисел натурального ряду (уніполярних). Обробка цілих чисел (біполярних) має певні особливості. Зазвичай двійкові цілі числа подаються з використанням додаткового коду. Таким шляхом за допомогою восьми розрядів можна подати числа в діапазоні від -128 до +127. При введенні чисел у ЦАП цей діапазон чисел зсувають до 0...255 шляхом додавання 128. Числа, більші за 128, при цьому вважаються додатніми, а числа, що менші 128, - відємними. Середнє число 128 відповідає нулю. Таке подання чисел зі знаком, називається зміщеним кодом. Додавання числа, що складає половину повної шкали даної розрядності (у нашому прикладі це 128), можна легко виконати шляхом інверсії старшого (знакового) розряду. Відповідність розглянутих кодів ілюструється табл. 1.

Таблиця 1

Десятковий

Додатковий

Зміщений

Аналог I/Iмакс

127

1

0

- 1

- 127

- 128

01111111

00000001

00000000

11111111

10000001

10000000

11111111

10000001

10000000

01111111

00000001

00000000

127/255

1/255

0

-1/255

-127/255

-128/255

Щоб отримати вихідний сигнал із правильним знаком, необхідно здійснити зворотний зсув шляхом віднімання струму або напруги, що складає половину шкали перетворювача. Для різних типів ЦАП це можна зробити різними способами. Наприклад, у ЦАП на джерелах струму, діапазон зміни опорної напруги обмежений, причому вихідна напруга має полярність зворотну полярності опорної напруги. У цьому випадку біполярний режим найпростіше реалізується шляхом вмикання додаткового резистора зсуву Rзм між виходом ЦАП та входом опорної напруги (рис. 18а). Резистор Rзм виготовляється на кристалі ІМС. Його опір обраний таким, щоб струм Iзм складав половину максимального значення вихідного струму ЦАП.

У принципі, аналогічно можна вирішити задачу зсуву вихідного струму та для ЦАП на МОН-ключах. Для цього потрібно проінвертувати опорну напругу, а потім сформувати з -Uоп струм зсуву, який потрібно відняти з вихідного струму ЦАП. Однак для збереження температурної стабільності краще забезпечити формування струму зсуву безпосередньо в ЦАП. Для цього в схему на рис. 8а вводять другий операційний підсилювач та другий вихід ЦАП підключають до входу цього ОП (рис. 18б).

Другий вихідний струм ЦАП, згідно (10),

(21)

На вході ОП1 струм I'вих сумується зі струмом Iмр, що відповідає одиниці молодшого розряду вхідного коду. Сумарний струм інвертується. Струм, що протікає через резистор зворотного зв'язку Rзз ОП2, складає

(22)

або, з урахуванням (8)

(23)

При

(24)

а при

(25)

Це у випадку N=8 з точністю до множника 2 збігається з даними табл. 6, з вахуванням того, що для перетворювача на МОН-ключах максимальний вихідний струм

Якщо резистори R2 добре погоджені за опором, то абсолютна зміна їхньої величини при коливаннях температури не впливає на вихідну напругу схеми

У цифро-аналогових перетворювачів з вихідним сигналом у виді напруги, побудованих на інверсній резистивній матриці (див. рис. 9), можна простіше реалізувати біполярний режим (рис. 18в). Як правило, такі ЦАП містять на кристалі вихідний буферний підсилювач. Для роботи ЦАП в уніполярному включенні вільний вивід нижнього за схемою резистора R не під'єднюють, або під'єднюють до загальної точки схеми для подвоєння вихідної напруги. Для роботи в біполярному увімкненні вільний вивід цього резистора з'єднюють із входом опорної напруги ЦАП. ОП у цьому випадку працює в диференційн умиканні та його вихідна напруга з урахуванням (16)

(26)

Перемножники та дільники функцій

Як уже указувалося вище, ЦА-перетворювачі на МОН-ключах, допускають зміну опорної напруги в широких межах, у тому числі і зміну полярності. З формул (8) та (17) випливає, що вихідна напруга ЦАП пропорційна добуткові опорної напруги на вхідний цифровий код. Ця обставина дозволяє безпосередньо використовувати такі ЦАП для перемножування аналогового сигналу на цифровий код

При уніполярному увімкненні ЦАП вихідний сигнал пропорційний добуткові двохполярного аналогового сигналу на однополярний цифровий код. Такий перемножник називають двохквандрантним. При біполярному увімкненні ЦАП (рис. 18б та 18в) вихідний сигнал пропорційний добуткові двохполярного аналогового сигналу на двохполярний цифровий код. Ця схема може працювати як чотирьохквандрантний перемножник

Ділення вхідної напруги на цифровий масштаб MD=D/2N виконується за допомогою схеми двохквандрантного дільника (рис. 19).

У схемі на рис. 19а перетворювач на Моп-ключах зі струмовим виходом працює як перетворювач "напруга-струм", керований кодом D та увімкнений у коло зворотного зв'язку ОП. Вхідна напруга подається на вільний вивід резистора зворотного зв'язку ЦАП, який розміщений на кристалі ІМС. У цій схемі вихідний струм ЦАП

що при виконанні умови Rзз=R дає:

Слід зазначити, що при коді "усі нулі" зворотний зв'язок розмикається. Запобігти цей режим можна, або заборонивши такий код програмно, або включивши між виходом та інвертуючим входом ОП резистор з опором, який рівний R2N+1.

Схема дільника на основі ЦАП з виходом у виді напруги, побудованому на інверсній резистивній матриці та таким, що містить буферний ОП, наведена на рис. 8.19б. Вихідна та вхідна напруги цієї схеми пов'язані рівнянням

(27)

Звідси випливає

У даній схемі підсилювач охоплений як позитивним, так і негативним зворотніми зв'язками. Для переваги негативного зворотного зв'язку (інакше ОП перетвориться в компаратор) необхідно забезпечити виконання умови D<2N-1 або MD<1/2. Це обмежує значення вхідного коду нижньою половиною шкали

Атенюатори та інтегратори на ЦАП

Атенюатори, тобто регулятори рівня сигналу, з цифровим управлінням набагато надійніші та довговічніші, аніж традиційні атенюатори на основі змінних резисторів. Їх доцільно використовувати у вимірювальних приладах та інших пристроях, що вимагає підстроювання параметрів, особливо автоматичного. Такі атенюатори можна найпростіше побудувати на основі перемножуючого ЦАП з інверсною резистивною матрицею та буферним підсилювачем. У принципі для цієї мети підійде будь-який ЦАП зазначеного типу, але деякими фірмами випускаються перетворювачі, оптимізовані для виконання зазначеної функції. На рис. 20а наведена схема атенюатора на змінному резисторі, а на рис. 20б - аналогічна схема на перемножуючому ЦАП.

Якщо вхідний сигнал - однополярний, доцільно використовувати ЦАП з однополярним живленням, але буферний ОП повинен мати вихід "rail-to-rail", тобто його вихідна напруга повинна досягати нуля та напруги живлення. Якщо ЦАП - багатоканальний, то в кожного перетворювача мікросхеми повинен бути індивідуальний вхід опорної напруги. Цим вимогам у різній степені задовольняють такі ІМС ЦАП, як 2-х канальний 12-розрядний МАХ532, 4-х канальний 8-розрядний МАХ509, 8-ми канальний 8-розрядний AD8441, 8-ми канальний 8-розрядний DAC-8841 та ін.

Для побудови інтегратора з цифровим встановленням постійної часу інтегрування можна використовувати базову схему інтегратора, а як вхідний резистор увімкнути ЦАП з підсумовуванням напруг (рис. 12). На базі такої схеми можна побудувати фільтри, у тому числі фільтри на основі методу змінних стану, перестроювані генератори імпульсів і т.д.

Системи прямого цифрового синтезу сигналів

Важливою галуззю застосування ЦАП є синтез аналогових сигналів необхідної форми. Аналогові генератори сигналів - синусоїдальної, трикутної та прямокутної форм - мають низьку точність та стабільність, не можуть керуватися від ЕОМ. В останні роки отримали розвиток системи прямого цифрового синтезу сигналів, що забезпечують високу точність задавання частоти та початкової фази сигналів, а також високу вірність відтворення їхньої форми. Більше того, ці системи дозволяють генерувати сигнали великого різноманіття форм, у тому числі і форм, що задаються користувачем. Спрощена блок-схема генератора прямого цифрового синтезу сигналів наведена на рис. 21.<.P>

У принципі, системи прямого цифрового синтезу прості. Більше того, теорія та основні способи побудови таких систем відомі вже близько 30 років. Правда, тільки недавно з'явилися ЦАП та спеціалізовані аналого-цифрові ІМС, що підходять для синтезу сигналів у широкій смузі частот

Схема прямого цифрового синтезу містить три основних блоки: генератор фазового кута, пам'ять та ЦАП. Генератор фазового кута в типовому випадку являє собою накопичуючий суматор з регістром. Працює він просто як регістр фази, вміст якого дістає приріст на деякий фазовий кут через задані проміжки часу. Приріст фази Dj завантажується у виді цифрового коду у вхідні регістри. Пам'ять відіграє роль таблиці функцій. Код поточної фази надходить на її адресні входи, а з виходу даних на вхід ЦА-перетворювача надходить код, що відповідає поточному значенню заданої функції. ЦАП у свою чергу формує аналоговий сигнал

Регістр містить поточну фазу вихідного сигналу у виді цілого числа, яке будучи поділене на 2N, де N -розрядність суматора, дорівнює долі періоду. Збільшення розрядності регістра підвищує тільки роздільну здатність цієї долі. Частота вихідного сигналу дорівнює добуткові частоти тактів fтакт на приріст фази в кожному періоді тактів. При використанні N-розрядного суматора частота вихідного сигналу буде рівною

Генератори прямого синтезу випускаються у виді ІМС. Зокрема, мікросхема AD9850, спрощена структура якої представлена на рис. 21, містить 32-розрядний генератор фазового кута та 10-розрядний ЦАП. Завантаження приросту фази здійснюється по 8-розрядній шині даних побайтово в чотири вхідних регістри. Пам'ять містить таблицю синусів. Максимально припустима тактова частота складає 125Мгц. При цьому роздільна здатність за частотою складає 0,0291Гц. Швидкий інтерфейс дозволяє змінювати частоту вихідного сигналу до 23 мільйонів разів в секунду.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве