Конвертер - это устройство, которое преобразует один сигнал в другой. Сигнал - это форма или носитель информации. В автоматическом контрольно-измерительном оборудовании и системах автоматического управления один сигнал часто преобразуется в другой сигнал по сравнению со стандартным или эталонным значением, чтобы соединить два типа приборов. Поэтому преобразователь часто представляет собой два прибора (или устройства).
Введение в аналого-цифровой преобразователь
- Классификация аналого-цифровых преобразователей
Ниже кратко представлены основные принципы и характеристики нескольких часто используемых типов: интегральный тип, тип последовательного приближения, тип параллельного сравнения/тип последовательного параллельного типа, тип сигма-дельта модуляции, конденсатор тип последовательного сравнения массива и напряжение-тип преобразования частоты.
1) Интегральный тип (например, TLC7135)
Принцип работы интегрального AD заключается в преобразовании входного напряжение во время (широтно-импульсный сигнал) или частоту (частота импульсов), а затем цифровое значение получает таймер / счетчик. Преимущество состоит в том, что высокое разрешение может быть получено с помощью простой схемы, но недостатком является то, что, поскольку точность преобразования зависит от времени интегрирования, скорость преобразования чрезвычайно мала. Большинство первоначальных однокристальных аналого-цифровых преобразователей использовали интегральный тип, а теперь последовательный тип сравнения постепенно стал основным.
2) Тип последовательного сравнения (например, TLC0831)
AD последовательного сравнения состоит из компаратора и DA-преобразователя через логику последовательного сравнения. Начиная с MSB, входное напряжение последовательно сравнивается с выходным сигналом встроенного DA-преобразователя для каждого бита, а цифровое значение выводится после n сравнений. Масштаб схемы средний. Его преимущества - высокая скорость, низкое энергопотребление и высокая цена при низком разрешении (12 бит).
3) Тип параллельного сравнения / тип последовательного параллельного сравнения (например, TLC5510)
Тип параллельного сравнения AD использует несколько компараторов для выполнения преобразования только для одного сравнения, также известного как тип FLash (быстрый). Из-за чрезвычайно высокой скорости преобразования для n-битного преобразования требуются компараторы 2n-1. Поэтому масштаб схемы тоже очень большой, а цена высокая. Он подходит только для областей с чрезвычайно высокими скоростями, таких как преобразователи видео AD.
Структура типа сравнения последовательно-параллельного AD находится между параллельным типом и типом последовательного сравнения. Наиболее типичный из них состоит из двух n / 2-битных аналого-цифровых преобразователей параллельного типа и цифро-аналоговых преобразователей. Преобразование выполняется путем двух сравнений, поэтому оно называется типом Half flash (полубыстрый). Существует также три или более шагов для достижения AD-преобразования, называемого многоступенчатым (Multistep / Subrangling) типом AD, а с точки зрения времени преобразования также может называться конвейерный (конвейерный) тип AD, современные иерархические AD также добавляют несколько Результат преобразования используется для цифровой операции для изменения характеристик и других функций. Скорость AD этого типа выше, чем у последовательного сравнения, а масштаб схемы меньше, чем у параллельного типа.
4) Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) тип модуляции (например, AD7705)
Σ-Δ AD состоит из интегратора, компаратора, 1-битного DA-преобразователя и цифрового фильтра. В принципе, он аналогичен интегральному типу. Входное напряжение преобразуется в сигнал времени (ширины импульса) и обрабатывается цифровым фильтром для получения цифрового значения. Цифровая часть схемы в основном проста в однокристальной, поэтому легко добиться высокого разрешения. В основном используется для аудио и измерений.
5) Тип последовательного сравнения массива конденсаторов
Конденсаторный массив последовательного сравнения типа AD использует метод конденсаторной матрицы во встроенном DA-преобразователе, который также можно назвать типом перераспределения заряда. Значения большинства резисторов в целом резистор массивы ЦАП должны быть согласованными, и создать высокоточные резисторы на одном кристалле непросто. Если вместо резистор массив, высокоточный монолитный аналого-цифровой преобразователь может быть изготовлен по невысокой цене. Большинство недавних последовательных сравнительных аналого-цифровых преобразователей относятся к типу конденсаторных решеток.
6) Тип преобразования напряжение-частота (например, AD650)
Преобразователь напряжение-частота (преобразователь напряжения-частоты) реализует аналого-цифровое преобразование посредством косвенного преобразования. Принцип состоит в том, чтобы сначала преобразовать входной аналоговый сигнал в частоту, а затем использовать счетчик для преобразования частоты в цифровую величину. Теоретически разрешающая способность этого AD может быть увеличена почти бесконечно, если время выборки может соответствовать ширине кумулятивного числа импульсов, требуемой разрешающей способностью выходной частоты. Его преимущества - высокое разрешение, низкое энергопотребление и низкая цена, но он требует внешней счетной схемы для завершения аналого-цифрового преобразования. - Основные технические показатели аналого-цифрового преобразователя
1) Разрешение (Разрешение) относится к величине изменения аналогового сигнала, когда цифровое значение изменяется на минимальную величину, определяемую как отношение полной шкалы к 2n. Разрешение также называется точностью, обычно выражаемой количеством цифр цифрового сигнала.
2) Коэффициент преобразования (коэффициент преобразования) - это величина, обратная времени, необходимому для завершения аналого-цифрового преобразования из аналогового в цифровой. Время преобразования интегрального AD составляет миллисекунды, что соответствует низкоскоростному AD, последовательному AD сравнения - микросекундам и среднескоростному AD, а полностью параллельный / последовательно-параллельный AD может достигать наносекунд. Время выборки - это еще одно понятие, которое относится к интервалу между двумя преобразованиями. Чтобы обеспечить правильное завершение преобразования, частота дискретизации (Sample Rate) должна быть меньше или равна скорости преобразования. Поэтому некоторые люди могут численно приравнивать коэффициент конверсии к частоте дискретизации. Обычно используемые единицы измерения - ksps и Msps, что означает килограмм / миллион отсчетов в секунду (килограмм / миллион отсчетов в секунду).
3) Ошибка квантования (ошибка квантования) Ошибка, вызванная конечным разрешением AD, то есть максимум между ступенчатой передаточной характеристической кривой конечного разрешения AD и передаточной характеристической кривой (прямая линия) бесконечного разрешения AD (идеальный AD). отклонение. Обычно это 1 или половина наименьшего цифрового аналогового изменения, выраженного как 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Ошибка смещения. Значение, при котором выходной сигнал не равен нулю, когда входной сигнал равен нулю, можно отрегулировать до минимума с помощью внешнего потенциометра.
5) Ошибка полной шкалы (Ошибка полной шкалы) Разница между соответствующим входным сигналом и идеальным значением входного сигнала при полномасштабном выходе.
6) Линейность (линейность) Максимальное отклонение между передаточной функцией фактического преобразователя и идеальной прямой линией, за исключением трех вышеуказанных ошибок.
Другие индикаторы включают в себя: абсолютную точность, относительную точность, дифференциальную нелинейность, монотонность и код без ошибок, полное искажение гармоник (THD) и интегральную нелинейность. - ЦА преобразователь
Нет большой разницы во внутренней схеме ЦАП преобразователя, и он обычно классифицируется в зависимости от того, является ли выходной сигнал током или напряжением, и можно ли его умножить. Большинство DA-преобразователей состоят из матрицы резисторов и n переключателей тока (или переключателей напряжения). Переключите переключатель в соответствии со значением цифрового входа, чтобы генерировать ток (или напряжение), пропорциональный входу. Кроме того, внутри устройства также размещены источники постоянного тока для повышения точности. Вообще говоря, поскольку ошибка переключения токового переключателя мала, используется большинство схем токового переключателя. Если схема с переключателем тока напрямую выводит генерируемый ток, то это ЦАП с токовым выходом. Кроме того, схема с переключателем напряжения представляет собой ЦАП с прямым выходом напряжения.
1) Тип выхода напряжения (например, TLC5620)
Хотя существуют ЦАП с выходом напряжения, которые напрямую выводят напряжение из массива резисторов, они обычно используют встроенный выходной усилитель для вывода с низким импедансом. Устройства, которые напрямую выводят напряжение, используются только для высокоомных нагрузок. Поскольку в части выходного усилителя нет задержки, они часто используются в качестве высокоскоростных DA-преобразователей.
2) Тип токового выхода (например, THS5661A)
ЦА преобразователи с токовым выходом редко используют токовый выход напрямую, и большинство из них подключены к схеме преобразования ток-напряжение для получения выходного напряжения. У последнего есть два метода: один - только подключить нагрузочный резистор к выходному выводу, чтобы выполнить преобразование тока в напряжение; Это внешний операционный усилитель. Метод преобразования ток-напряжение с сопротивлением нагрузки, хотя напряжение может появляться на токовом выходном контакте, его следует использовать в пределах указанного диапазона выходного напряжения, а из-за высокого выходного сопротивления он обычно используется с внешним операционным усилителем. Кроме того, большинство преобразователей CMOSDA не могут правильно работать, когда выходное напряжение не равно нулю, поэтому необходимо подключить внешний операционный усилитель. Когда внешний операционный усилитель используется для преобразования тока в напряжение, конфигурация схемы в основном такая же, как и тип выхода напряжения встроенного усилителя. В это время из-за добавления задержки DA-преобразователя к текущему времени настройки DA-преобразователя реакция становится медленнее. Кроме того, операционный усилитель в этой схеме склонен к колебаниям из-за внутренней емкости выходного контакта, и иногда требуется фазовая компенсация.
3) Тип умножения (например, AD7533)
Некоторые ЦАП используют постоянное опорное напряжение, а некоторые добавляют сигнал переменного тока на вход опорного напряжения. Последний называется умножением преобразователя DA, потому что он может получить результат умножения цифрового входа и входа опорного напряжения. ЦАП умножающего типа обычно может не только выполнять умножение, но также может использоваться в качестве аттенюатора, который в цифровом виде ослабляет входной сигнал, и модулятора, который модулирует входной сигнал. [1]
4) ЦАП преобразователь
Однобитовый ЦАП полностью отличается от вышеупомянутого метода преобразования. Он преобразует цифровое значение в выходной сигнал широтно-импульсной или частотной модуляции, а затем использует цифровой фильтр для усреднения для получения общего выходного напряжения (также известного как метод потока битов). Для аудио и других случаев. - Основные технические показатели DA-преобразователя:
1) Разрешение (Разрешение) относится к отношению минимального аналогового выхода (соответствует цифровым величинам, только младший бит равен «1») к максимальному (все соответствующие цифровые величины являются действительными цифрами «1»).
2) Время установки - это время, необходимое для преобразования цифровой величины в стабильный аналоговый сигнал, и его также можно рассматривать как время преобразования. Время установления часто используется в DA для описания его скорости, а не коэффициент преобразования, обычно используемый в AD. Как правило, время установления токового выхода DA короче, а выходного напряжения DA больше.