ЦАП с широтно-импульсным модулятором

Данный ЦАП относится к устройствам с промежуточным преобразованием исходного кода. Сначала код с использованием широтно-импульсного модулятора, преобразуется в последовательность импульсов переменной длины ( ), постоянной амплитуды ( ). Затем из этой последовательности, при помощи фильтра нижних частот выделяется значение среднего напряжения, величина которого пропорциональна исходному коду.

(11.12)

На рис. 11.12. приведена структурная схема такого преобразователя. Его легко можно построить с использованием микроконтроллера, имеющего встроенный ШИМ модулятор.

По принципу работы она повторяет схему преобразователя постоянного напряжения в постоянное, используемой при построении источников вторичного электропитания. При этом используют либо пассивный фильтр на внешних элементах, либо активный фильтр на операционном усилителе.

Данный ЦАП обладает достаточно хорошей линейностью, но малым быстродействием.

а)

б)

Рис.11.12. Схема ЦАП с ШИМ а) и временные диаграммы, поясняющие его работу б).

АЦП

Классификация АЦП

При разработке АЦП так же используется несколько различных принципов, удовлетворяющих различным требованиям к точности и скорости преобразования. На рис.11.13 приведена классификация этих принципов.

Рис.11.13. Классификация АЦП

На рис.11.14 показаны зависимости доступных значений разрядности и скорости преобразования для АЦП различных типов.

Рассмотрим практическую реализацию основных принципов реализации АЦП.

Рис.11.14. Области применения АЦП различных типов

Параллельный АЦП

Параллельные АЦП обладают наибольшим быстродействием и реализуют принцип прямого преобразования, при котором входное напряжение сравнивается с заданными уровнями напряжения, отличающимися на величину h (шаг квантования по уровню). На рис.11.15 приведена структура трехразрядного параллельного АЦП. Нетрудно заметить ее схожесть со структурой ЦАП с суммированием напряжений, так как в обоих случаях формируются все дискретные уровни напряжения, что и обеспечивает максимальную скорость преобразования.

Эталонное напряжение делителем на одинаковых резисторах делится на 8 ( ) уровней, отличающихся на величину шага квантования по уровню h. Эти напряжения подаются на инвертирующие входы компараторов ( ), неинвертирующие входы которых соединены с измеряемым напряжением ( ). Поэтому на выходах компараторов, для которых формируется низкое, а на выходах компараторов, для которых - высокое выходное напряжение. Полученный разрядный код преобразуется шифратором в n разрядный двоичный код.

Рис.11.15. Параллельный АЦП

Недостатком такого решения является сложность и высокое энергопотребление устройства, что обусловлено применением большого числа компараторов ( ). Поэтому разрядность АЦП такого типа обычно не превышает n = 12.