Какво представляват DAC и ADC? Аналогово-цифрови преобразуватели, предназначение, структура, принцип на действие Обозначение на ADC
Цифрово-аналоговите преобразуватели (DAC) и аналогово-цифровите преобразуватели (ADC) се използват предимно за свързване на цифрови устройства и системи с външни аналогови сигнали към реалния свят. В този случай ADC преобразува аналоговите сигнали в цифрови входни сигнали, които се подават към цифрови устройства за по-нататъшна обработка или съхранение, а DAC преобразува цифровите изходни сигнали на цифровите устройства в аналогови сигнали.
Като DAC и ADC обикновено се използват специализирани микросхеми, произведени от много местни и чуждестранни компании.
DAC чипможе да се представи като блок (фиг. 13) с няколко цифрови входа и един аналогов вход, както и аналогов изход.
Ориз. 13. DAC чип
n-битовият код N се подава към цифровите входове на DAC, а референтното напрежение U op се подава към аналоговия вход (друго често срещано означение е U REF). Изходният сигнал е напрежение U out (друго обозначение е U O) или ток I out (друго обозначение е I O). В този случай изходният ток или изходното напрежение е пропорционално на входния код и референтното напрежение. За някои микросхеми референтното напрежение трябва да има строго определено ниво, за други е възможно да се променя стойността му в широки граници, включително промяна на неговата полярност (положителна към отрицателна и обратно). ЦАП с голям обхват на референтното напрежение се нарича умножаващ ЦАП, защото може лесно да се използва за умножаване на входния код по всяко референтно напрежение.
Същността на преобразуването на входен цифров код в изходен аналогов сигнал е доста проста. Състои се от сумиране на няколко тока (според броя на битовете на входния код), като всеки следващ е два пъти по-голям от предишния. За да се получат тези токове, се използват или транзисторни източници на ток, или резистивни матрици, превключвани от транзисторни ключове.
Като пример, Фиг. 14 показва 4-битово (n = 4) цифрово-аналогово преобразуване на базата на R–2R резистивна матрица и ключове (в действителност се използват транзисторни ключове). Дясната позиция на ключа съответства на единица в този бит на входния код N (битове D0…D3). Операционният усилвател може да бъде вграден (в случай на DAC с изходно напрежение) или външен (в случай на DAC с изходен ток).
Ориз. 14. 4-битово цифрово-аналогово преобразуване
Първият (вляво на фигурата) ключ превключва ток със стойност U REF /2R, вторият ключ - ток U REF /4R, третият - ток U REF /8R, четвъртият - ток U REF /16R. Тоест, токовете, комутирани от съседни ключове, се различават наполовина, както и теглата на битовете на двоичния код. Токовете, комутирани от всички ключове, се сумират и преобразуват в изходно напрежение с помощта на операционен усилвател със съпротивление R OS = R във веригата за отрицателна обратна връзка.
Когато всеки превключвател е в правилната позиция (един в съответния бит на входния код на ЦАП), токът, превключван от този ключ, се подава за сумиране. Когато превключвателят е в лява позиция (нула в съответния бит на входния код на DAC), токът, превключван от този клавиш, не се подава за сумиране.
Общият ток I O от всички ключове създава напрежение на изхода на операционния усилвател U O =I O R OS =I OR. Тоест приносът на първия ключ (най-значимият бит от кода) към изходното напрежение е U REF /2, вторият - U REF /4, третият - U REF /8, четвъртият - U REF /16 . Така при входен код N = 0000 изходното напрежение на веригата ще бъде нула, а при входен код N = 1111 ще бъде равно на –15U REF /16.
Като цяло изходното напрежение на DAC при R OS = R ще бъде свързано с входния код N и референтното напрежение U REF чрез проста формула
U OUT = –N U REF 2 -n
където n е броят на битовете на входния код. Някои DAC чипове осигуряват възможност за работа в биполярен режим, при който изходното напрежение се променя не от нула до U REF, а от –U REF до +U REF. В този случай изходният сигнал на DAC U OUT се умножава по 2 и се измества със стойността U REF. Връзката между входния код N и изходното напрежение U OUT ще бъде както следва:
U OUT =U REF (1–N 2 1–n)
ADC чиповеизпълняват функция, точно противоположна на тази на DAC - преобразуват входния аналогов сигнал в последователност от цифрови кодове. Като цяло ADC чипът може да бъде представен като блок, който има един аналогов вход, един или два входа за подаване на референтно (референтно) напрежение, както и цифрови изходи за издаване на код, съответстващ на текущата стойност на аналоговия сигнал ( Фиг. 15).
Често ADC чипът има и вход за подаване на тактов сигнал CLK, разрешаващ сигнал CS и сигнал, показващ готовността на изходния цифров код RDY. Микросхемата се доставя с едно или две захранващи напрежения и общ проводник.
Ориз. 15. ADC чип
Понастоящем са разработени много различни методи за аналогово-цифрово преобразуване, например методи за последователно броене, побитово балансиране, двойно интегриране; с преобразуване на напрежение в честота, паралелно преобразуване. Конверторните схеми, изградени въз основа на изброените методи, могат или не могат да съдържат DAC.
Схема ADC за серийно броенее показано на фиг.16, а. Както може да се види от графиката, времето за преобразуване на този тип е променливо и зависи от входния аналогов сигнал, но работният цикъл на цялото устройство е постоянен и равен на, където T0- период на генератора на еталонни импулси, н-битов капацитет на брояча и самия ADC. Работата на такъв ADC не изисква синхронизация, което значително опростява изграждането на управляваща верига. От момента, в който сигналът "Старт" пристига на изхода на ADC с честота 1/ Tpцифровите кодове на промяната на резултата от преобразуването (честота 1/ Tp- параметър, който определя максимално допустимата честота на проследяване на входния сигнал).
Най-важните характеристики на ADC са тяхната точност, скорост и цена. Точността е свързана с битовата дълбочина на ADC. Факт е, че аналоговият сигнал на входа на ADC се превръща в двоичен цифров код на изхода, т.е. ADC е аналогов измервател на величината на сигнала с точност до половината от най-малката цифра. Следователно, да речем, 8-битов ADC осигурява точност на преобразуване не по-висока от максималната възможна стойност. 10-битов ADC осигурява точност на преобразуване не по-висока от , 14-битов ADC осигурява точност не по-висока от , а 16-битов ADC осигурява не по-висока точност 
от максимално възможната стойност.
Производителността на ADC се характеризира с периода от време, необходим за извършване на едно преобразуване, или броя на възможните преобразувания за единица време (честота на преобразуване).
Обикновено, колкото по-висока е точността (битов капацитет) на ADC, толкова по-ниска е неговата производителност и колкото по-високи са точността и производителността, толкова по-висока е цената на ADC. Следователно, когато проектирате интелигентен сензор, е необходимо да изберете правилно неговите параметри.
Сега ADC се изграждат според различни принципи на схемата и се произвеждат както под формата на отделни интегрални схеми, така и като единици на по-сложни схеми (напр. микроконтролери).
ЛЕКЦИЯ 3
Цифрово-аналогови и аналогово-цифрови преобразуватели.
Общо съкращение за DAC и ADC. В англоезичната литература се използват термините DAC и ADC.
Цифрово-аналогови преобразувателислужат за преобразуване на информация от цифров вид в аналогов сигнал. DAC се използват широко в различни устройства за автоматизация за свързване на цифрови компютри с аналогови елементи и системи.
DAC са изградени главно според два принципа:
претегляне - със сумиране на претеглени токове или напрежения, когато всеки бит от входната дума прави принос, съответстващ на нейното двоично тегло, към общата стойност на получения аналогов сигнал; такива DAC се наричат още паралелни или многобитови.
Сигма-делта, базиран на принципа на работа на обратните АЦП (принципът на работа е сложен, няма да бъде обсъждан тук).
Принцип на работа на претеглящ DAC се състои от сумиране на аналогови сигнали, пропорционални на теглата на битовете на входния цифров код, с коефициенти, равни на нула или единица в зависимост от стойността на съответния кодов бит.
DAC преобразува цифровия двоичен код Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 в аналогова стойност, обикновено напрежение U out. . Всеки бит от двоичния код има определено тегло на i-тия бит два пъти по-голямо от теглото на (i-1)-ия. Работата на DAC може да се опише със следната формула:
U навън =e*(Q 1 1+Q 2 *2+Q 3 *4+Q 4 *8+…),
където e е напрежението, съответстващо на теглото на най-малката цифра, Q i е стойността на i-тата цифра на двоичния код (0 или 1).
Например числото 1001 съответства на
Uнавън=е*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e.
Опростена диаграма на изпълнението на DAC е показана на фиг. 1. Във веригата i-тият ключ е затворен, когато Q i =1, а когато Q i =0 е отворен. Резисторите са подбрани така, че R>>Rн.
Принцип на действие на АЦП се състои от измерване на нивото на входния сигнал и получаване на резултата в цифрова форма. В резултат на работата на ADC, непрекъснатият аналогов сигнал се преобразува в импулсен, с едновременно измерване на амплитудата на всеки импулс. Интериор DAC преобразува стойността на цифровата амплитуда в импулси на напрежение или ток с необходимата величина, които разположеният зад него интегратор (аналогов филтър) преобразува в непрекъснат аналогов сигнал. За да работи правилно ADC, входният сигнал не трябва да се променя по време на преобразуването, като за целта на неговия вход обикновено се поставя схема за вземане на проби и задържане, която улавя моментното ниво на сигнала и го поддържа през цялото време на преобразуване. Подобна схема може да бъде инсталирана и на изхода на ADC, като потиска влиянието на преходните процеси вътре в ADC върху параметрите на изходния сигнал
Използват се основно три типа ADC:
паралелен - входният сигнал се сравнява едновременно с еталонните нива от набор от схеми за сравнение (компаратори), които формират двоична стойност на изхода.
последователно приближение – при който с помощта на спомагателен ЦАП се генерира еталонен сигнал и се сравнява с входа. Еталонният сигнал се променя последователно според принципа на разполовяване. Това позволява преобразуването да бъде завършено в брой тактови цикли, равни на битовия капацитет на конвертора, независимо от размера на входния сигнал.
с измерване на времеви интервал - различни принципи се използват за преобразуване на нивата в пропорционални времеви интервали, чиято продължителност се измерва с помощта на високочестотен тактов генератор. Понякога се наричат също преброяващи ADC.
Аналогово-цифровите преобразуватели са предназначени да преобразуват аналогов сигнал (обикновено напрежение) в цифрова форма (последователност от цифрови стойности на напрежението, измерени на редовни интервали). Един от най-важните параметри на аналогово-цифровите преобразуватели е битовата дълбочина на изходните данни. Именно този параметър осигурява съотношението сигнал/шум на преобразуването и в крайна сметка динамичния обхват на цифровия сигнал. Те се опитват да увеличат битовата дълбочина на ADC, за да увеличат съотношението сигнал/шум. Съотношението сигнал/шум на аналогово-цифров преобразувател може да се определи по следната формула:
SN=N× 6 + 3,5 (dB)Където н— броя на двоичните битове на изхода на ADC.
Също толкова важен параметър на ADC е времето, необходимо за получаване на следващия цифров сигнал на изхода му. Постигането както на висока скорост на преобразуване, така и на голяма битова дълбочина е много трудна задача, за която са разработени голям брой видове аналогово-цифрови преобразуватели. Нека разгледаме основните им характеристики и области на приложение.
Най-бързият тип ADC са. Тези типове ADC изискват големи потоци от данни за предаване, така че те се предават паралелно. Това води до паралелни ADC, които имат голям брой външни изводи. В резултат на това размерите на паралелните ADC чипове са доста големи. Друга особеност на паралелните АЦП е тяхната значителна консумация на ток. Изброените недостатъци на този тип ADC са цената, която трябва да се плати за високата скорост на преобразуване на аналогов сигнал в цифрова форма на неговото представяне. Скоростта на преобразуване в паралелни ADC достига 500 милиона проби в секунда (500 MSPS). Според теоремата на Котелников максималната честота на входния сигнал може да достигне 250 MHz. Пример за това е чипът AD6641-500 от Analog Devices или чипът ISLA214P50 от Intersil.
За постигане на още по-високи скорости на преобразуване се използва паралелно свързване на няколко паралелни ADC, работещи последователно. В същото време, за да се осигури трансфер на данни към обработващия чип, е необходимо да се използват няколко паралелни шини (по една за всеки ADC). Пример за този тип аналогово-цифрови преобразуватели е Maxim MAX109 ADC чип, който осигурява скорости на преобразуване до 2,2 GSPS.
Малко по-икономичен тип ADC са. В тези видове ADC цифрово-аналоговите преобразуватели участват в процеса на аналогово-цифрово преобразуване. Високата скорост на изпращане на аналогови сигнални проби към изхода се реализира чрез конвейерна обработка. В резултат на това за серийно-паралелни FWG скоростта на преобразуване и изходната скорост на следващата цифрова проба не съвпадат. Като пример можем да посочим микросхемите AD6645 и AD9430 от Analog Devices.
Най-често срещаният тип ADC в момента е. Въпреки факта, че при тези типове аналогово-цифрови преобразуватели, тръбопроводната обработка на данни е невъзможна, което означава, че времето за преобразуване и периодът на извеждане на данни на изхода на ADC съвпадат, този тип ADC има достатъчна скорост, за да работи в широк набор от задачи.
Понастоящем вземането на проби от сигнал и задържане (S&H) и преобразуването на напрежение в двоично (цифрови проби от сигнали) се извършват на един чип. Типична електрическа схема за свързване на ADC с паралелен изход е показана на фигура 1.
Фигура 1. Диаграма на свързване за паралелен ADC ADC0804
В тази схема, за да започне A/D преобразуване, микропроцесорът или програмируемата логическа схема трябва да осигурят сигнал за начало на преобразуването (в тази схема това е WR сигналът). След като преобразуването приключи, ADC чипът издава сигнал за готовност на данните INTR и микропроцесорът може да прочете двоичния код, съответстващ на входното напрежение. При преобразуване на сигнал според теоремата на Котелников, честотата на дискретизация f d влиза на входа WR и стабилността му се осигурява от микропроцесора.
Трябва да се отбележи, че когато се обработват нискочестотни сигнали, често е необходимо да се извърши както A/D преобразуване, така и D/A преобразуване едновременно. В някои случаи е необходимо да се комбинират няколко аналогови канала в един чип, например обработка на стерео звук. В допълнение, в тези видове микросхеми те включват нискочестотни или лентови филтри и операционни усилватели, което им позволява да подават сигнал директно от изхода на микрофона към техния вход и от изхода към телефона. Този тип ADC/DAC чипове получиха специално име - кодеци.
Литература:
- Analod-Digital Conversion, Walt Kester editor, Analog Devices, 2004. - 1138 p.
- Техники за проектиране на смесен сигнал и DSP ISBN_0750676116, редактор на Walt Kester, Analog Devices, 2004. - 424 p.
- Високоскоростно системно приложение, редактор на Walt Kester, Analog Devices, 2006. - 360 p.
Заедно със статията "Видове аналогово-цифрови преобразуватели (ADC)" прочетете:
Аналогово-цифрови преобразуватели (ADC)- Това са устройства, предназначени за преобразуване на аналогови сигнали в цифрови. За такова преобразуване е необходимо аналоговият сигнал да се квантува, т.е. да се ограничат моментните стойности на аналоговия сигнал до определени нива, наречени нива на квантуване.
Идеалната характеристика на квантуване има формата, показана на фиг. 3.92.
Квантуването е закръгляването на аналогова стойност до най-близкото ниво на квантуване, т.е. максималната грешка на квантуване е ±0,5h (h е стъпката на квантуване).
Основните характеристики на ADC включват броя на битовете, времето за преобразуване, нелинейността и т.н. Броят на битовете е броят битове на кода, свързан с аналоговата стойност, която ADC може да произведе. Хората често говорят за разделителната способност на ADC, която се определя от реципрочната стойност на максималния брой кодови комбинации на изхода на ADC. По този начин, 10-битов ADC има разделителна способност (2 10 = 1024) -1, т.е. със скала на ADC, съответстваща на 10 V, абсолютната стойност на стъпката на квантуване не надвишава 10 mV. Времето на преобразуване tp е интервалът от време от момента на промяна на даден сигнал на входа на ADC до появата на съответния стабилен код на неговия изход.
Типични методи за преобразуване са следните: паралелно преобразуване на аналогова стойност и серийно преобразуване.
АЦП с паралелно преобразуване на входния аналогов сигнал
При паралелния метод входното напрежение се сравнява едновременно с n еталонни напрежения и се определя между кои две референтни напрежения се намира. В този случай резултатът се получава бързо, но схемата се оказва доста сложна.
Принцип на работа на ADC (фиг. 3.93)
Когато Uin = 0, тъй като за всички оп-усилватели разликата в напрежението (U + − U −)< 0 (U + , U − - напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Е пит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z 0 , Z 1 , Z 2 устанавливаются нули. Если U вх >0.5U, но по-малко от 3/2U, само за долния оп-усилвател (U + − U −) > 0 и само на неговия изход се появява +E захранващото напрежение, което води до появата на следните сигнали при CP изходи: Z 0 = 1, Z 2 = Z l = 0. Ако Uin > 3/2U, но по-малко от 5/2U, тогава на изхода на двата долни операционни усилвателя се появява напрежение +E захранване, което води до появата на код 010 на изходите на CP и др.
Гледайте интересен видеоклип за работата на ADC:
ADC със серийно преобразуване на входния сигнал
Това е серийно преброяващ ADC, който се нарича серво ADC (фиг. 3.94). 
АЦП от този тип използва ЦАП и реверсивен брояч, сигналът от който осигурява промяна на напрежението на изхода на ЦАП. Веригата е конфигурирана по такъв начин, че напреженията на входа Uin и изхода на DAC −U са приблизително равни. Ако входното напрежение Uin е по-голямо от напрежението U на изхода на DAC, тогава броячът се превключва в режим на директно броене и кодът на неговия изход се увеличава, осигурявайки увеличение на напрежението на изхода на DAC. В момента на равенство на Uin и U, броенето спира и кодът, съответстващ на входното напрежение, се премахва от изхода на обратния брояч.
Методът на последователно преобразуване се прилага и в ADC за преобразуване на време-импулс (ADC с генератор на линейно променящо се напрежение (GLIN)).
Принципът на работа на разглеждания ADC, фиг. 3.95) се основава на преброяване на броя импулси в периода от време, през който линейно променящото се напрежение (LIN), нарастващо от нула, достига нивото на входното напрежение Uin. Използват се следните обозначения: CC - схема за сравнение, GI - генератор на импулси, Kl - електронен ключ, Sch - брояч на импулси. 
Моментът от време t 1, отбелязан във времедиаграмата, съответства на началото на измерването на входното напрежение, а моментът от време t 2 съответства на равенството на входното напрежение и GLIN напрежението. Грешката на измерване се определя от стъпката на квантуване на времето. Ключ Kl свързва генератор на импулси към брояча от момента, в който започне измерването до момента, в който U in и U clay са равни. U Sch показва напрежението на входа на измервателния уред.
Кодът на изхода на брояча е пропорционален на входното напрежение. Един от недостатъците на тази схема е ниската производителност.
ADC с двойна интеграция
Такъв ADC реализира метода на последователно преобразуване на входния сигнал (фиг. 3.96). Използват се следните обозначения: SU - система за управление, GI - импулсен генератор, SCH - импулсен брояч. Принципът на работа на ADC е да определи съотношението на два периода от време, по време на един от които входното напрежение Uin се интегрира от базиран на операционен усилвател интегратор (напрежението U и на изхода на интегратора се променя от нула до максималното абсолютно стойност), а по време на следващия - интегрирането на еталонното напрежение U op (U и варира от максималната абсолютна стойност до нула) (фиг. 3.97). 
Нека времето за интегриране на входния сигнал t 1 е постоянно, тогава колкото по-голям е вторият период от време t 2 (периодът от време, през който се интегрира референтното напрежение), толкова по-голямо е входното напрежение. Ключът KZ е предназначен да настрои интегратора в първоначалното му нулево състояние. В първия от посочените периоди от време ключ К 1 е затворен, ключ К 2 е отворен, а във втория период от време състоянието им е обратно на посоченото. Едновременно със затварянето на ключ K 2, импулси от генератора на GI импулси започват да текат през управляващата верига на системата за управление към брояча Sch.
Пристигането на тези импулси завършва, когато напрежението на изхода на интегратора стане равно на нула.
Напрежението на изхода на интегратора след период от време t 1 се определя от израза
U и (t 1) = − (1/RC) t1 ∫ 0 U вход dt= − (U вход t 1) / (RC)
Използвайки подобен израз за времевия интервал t 2, получаваме
t 2 = − (R·C/U op) ·U и (t 1)
Замествайки тук израза за U и (t 1), получаваме t 2 = (U in / U op) · t 1, от което U in = U oa · t 2 /t 1
Кодът на изхода на брояча определя стойността на входното напрежение.
Едно от основните предимства на АЦП от този тип е неговата висока шумоустойчивост. Случайните скокове на входното напрежение, които се случват за кратък период от време, практически нямат ефект върху грешката при преобразуване. Недостатъкът на ADC е ниската му скорост.
Най-често срещаните са ADC от сериите на чипове 572, 1107, 1138 и др. (Таблица 3.3) 
Таблицата показва, че ADC за паралелно преобразуване има най-добра производителност, а ADC за серийно преобразуване има най-лоша производителност.
Каним ви да гледате още един приличен видеоклип за работата и дизайна на ADC:
Повечето сензори и изпълнителни механизми в автоматичните системи работят с аналогови сигнали. За да се въведат такива сигнали в компютър, те трябва да бъдат преобразувани в цифрова форма, т.е. дискретизирайте по ниво и време. ADC решават този проблем. Обратната задача, т.е. Преобразуването на квантован (цифров) сигнал в непрекъснат се решава от DAC.
ADC и DAC са основните входно-изходни устройства за информация в цифровите системи, предназначени за обработка на аналогова информация или управление на всеки технологичен процес.
Най-важните характеристики на ADC и DAC:
1) Тип аналогова стойност, която се въвежда към ADC и извежда към DAC (напрежение, ток, интервал от време, фаза, честота, ъглово и линейно движение, осветеност, налягане, температура и т.н.). Най-широко използваните преобразуватели са тези, при които входната (изходната) аналогова стойност е напрежението, т.к Повечето аналогови величини са относително лесни за преобразуване в напрежение.
2) Разделителна способност и точност на преобразуване (разделителната способност се определя от броя на двоичните битове на кода или възможния брой нива на аналоговия сигнал, точността се определя от най-голямото отклонение на аналоговия сигнал от цифровия сигнал и обратно).
3) Производителност, определена от интервала от време от момента на изпращане на сигнала за запитване (старт) до достигане на постоянна стойност на изходния сигнал (единици микросекунди, десетки наносекунди)
Всеки преобразувател има цифрови и аналогови части. В цифровия, цифровите сигнали се кодират и декодират, съхраняват, преброяват, цифрово сравняват и се генерират логически контролни сигнали. За това използват: декодери, мултиплексори, регистри, броячи, цифрови компаратори, логически елементи.
В аналоговата част на преобразувателя се извършват операции: усилване, сравнение, превключване, събиране и изваждане на аналогови сигнали. За това се използват аналогови елементи: операционни усилватели, аналогови компаратори, превключватели и превключватели, резистивни матрици и др.
Преобразувателите се изработват под формата на цифрови и аналогови интегрални схеми или LSI.
Те са изградени на базата на представяне на всяко двоично число X като сбор от степени на две.
Верига за преобразуванечетирибитово двоично число
Х=Х3*2 3 +Х2*2 2 +Х1*2 1 +Х0 *2 0
В пропорционално на него напрежение.
X i =0 или 1. За операционен усилвател
K= –U out /U op =R oc /R
R е общото съпротивление на паралелно свързаните клонове, в които ключовете X са затворени.
U op =U c – референтно напрежение, подавано на входа на операционния усилвател през R.
R oc – устойчивост на OS.
Х=8Х3+4Х2+2Х1+1Х0, U out =U op *R oc /R o (8X3+4X2+2X1+lX0)
U out =(–U op *R oc /R o)*Х; –U o p *R oc /R 0 =K – коефициент на пропорционалност, за всяка верига стойността е постоянна.
- за нашата схема.
За да се увеличи броят на цифрите, е необходимо да се увеличи броят на резисторите (R o /16; R o /32 и т.н.), ако резисторите се различават 1000 пъти, точността намалява.
За да се елиминира този недостатък в многобитовите DAC, тегловните коефициенти на всеки етап се задават чрез последователно разделяне на еталонното напрежение с помощта на резистивна матрица. (R-2R)
 |
Въз основа на този принцип е изградена схемата на 10-битов интегриран DAC от тип K572PA1, направен по CMOS технология.
Предимства: ниска консумация на енергия, висока скорост (не повече от 5 µs), добра точност.
за всеки 2R резистор 2 MOS транзистора, свързани 1 и 0 (чрез инвертор). Четни (в=1) връзки от изхода 1
Нечетни (in=0) връзки, out. 2
Според начина на преобразуване те се делят на последователни, паралелни и последователно-паралелни.
IN серийни АЦППреобразуването на аналогова стойност в цифров код става на стъпки (стъпки), като последователно се приближава до измереното напрежение.
Предимство: простота; недостатък: ниска производителност.
В паралелни АЦПвходното напрежение се сравнява едновременно с X-референтните напрежения. В този случай резултатът се получава наведнъж, но са необходими големи хардуерни разходи.
Производителност; недостатък: колко референтни напрежения, толкова много компаратори.
| Входен волтаж | Състояние на компаратора | Двойно число |
| U c, U | 7 6 5 4 3 2 1 | 2 1 0 |
| U c<0,5 | 0 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 |
| U c ≤U c<1,5 | 0 0 0 0 0 0 1 | 0 0 1 |
| 1,5≤U c<2,5 | 0 0 0 0 0 1 1 | 0 1 0 |
| 2,5≤U c<3,5 | 0 0 0 0 1 1 1 | 0 1 1 |
| 3,5≤U c<4,5 | 0 0 0 1 1 1 1 | 1 0 0 |
| 4,5≤U c<5,5 | 0 0 1 1 1 1 1 | 1 0 1 |
| 5,5≤U c<6,5 | 0 1 1 1 1 1 1 | 1 1 0 |
| 6,5≤U c | 1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 1 |
Процесът на преобразуване на непрекъснат сигнал в код се състои от квантуване и кодиране.
Квантуването е представянето на непрекъснато количество под формата на краен брой дискретни стойности (например потенциални нива), а кодирането е превод на комбинации от дискретни стойности в двоични числа за обработка на информация в компютър.
От входните устройства, които преобразуват аналогови величини в съответните кодове на комбинации от двоични числа, представляват интерес устройства от типа напрежение-число.
Обмисли:
 |
bc = t∙tg α => 
Входното напрежение се преобразува в междинна стойност "времеви интервал", която от своя страна се преобразува в цифров код (система за времево кодиране).
Входното напрежение Uin се сравнява с трионообразно напрежение Up, вариращо по линеен закон.
Сегментите b 1 c 1, b 2 c 2, b 3 c 3 представляват дискретна стойност на входното напрежение. Интервалът от началото на сравнението до момента на равенство на напреженията U in = U p е кракът на триъгълник с ъгъл на наклон α. И трите триъгълника са подобни, следователно tan α = const. Следователно можем да кажем, че сегментите bc в някакъв мащаб са пропорционални на съответния времеви интервал t. Следователно измерването на дискретни стойности на напрежението може да бъде заменено с измерване на пропорционални времеви интервали, заменени с двоично число.
GSI – генератор на тактови импулси;
И – схема на съвпадение (логическо умножение);
Sch – брояч;
Т – спусък;
DI – импулсен датчик;
GPI – генератор на трионообразни импулси;
= – верига за сравнение или компаратор;
GSI генерира поредица от импулси с определена честота, която определя честотата на преобразуване; импулсите влизат на входа на брояча чрез схема И, която се управлява от тригер. Когато тригерът е в нулево състояние, изходът на веригата И е 0 и на входа на брояча не се получават импулси. Началото на времевия интервал се формира от управляващия импулс на UI, който задава тригера на 1 и определя началото на отброяването на импулсите в брояча.
|
|
|
Краят на времевия интервал се задава от управляващия импулс UI2, който поставя тригера на 0 и спира потока от импулси от GSI към брояча. Веригата за сравнение (аналогов компаратор) сравнява преобразуваното напрежение Uin с еталонното напрежение Up, генерирано от GPI. В момента, когато двете напрежения съвпаднат, блок на изхода на компаратора генерира импулс UI2, който поставя тригера на 0, определяйки края на интервала от време.
Броят импулси, подадени към брояча, е код, пропорционален на дискретната стойност на преобразуваното напрежение.
Точността на преобразуването се определя от точността на сравнението на напреженията и позицията на управляващия импулс спрямо импулсите. GSI.
