U цап -U"1"

1

1

1

D0-- + D -- +... + Dn , -

о 2и 1 1 -n-o

U"1"

K

2n 1

D0.. .Dn-1 - двоичные разряды кода, подаваемого на ЦАП; U 1 -напряжение соответствующее уровню «1». Недостатки данного ЦАП:

-из-за нестабильности уровней логической «1» и имеет высокую погрешность (U 1 =5-2,4В; U 0 =0-Ю,4В);

-требуется определенное количество точных резисторов с номиналами отличающихся на 2.

Для устранения первого недостатка логические сигналы D0.Dn-1 используют только для управления ключами, которые коммутируют сопротивление к постоянному высокостабильному источнику напряжения (опорное).

КТ1... КТп-какправило

транзисторные ключи на полевых транзисторах.

Для устранения неполадки второго недостатка, (требуем большой номенклатуры резисторов) используют лестничные на резисторах типа "R-2R".

Uonop

UHAn

+U <->-

onop,

I0 JrI0/2

R J2R

<Dn-2

2R

I0 = гюр. = COnSt 0 R

IZ = Ai

i=1

n

R

- RI 0 [D0 2 "(n-1) + D12 "(n-2) + Dn-12 - = u опор 2n-1

где К= dn-1; dn-2;.. .-целое двоичное число;

Основным свойством схемы "r-2r" является способность делить ток i0 на 2 при любой коммутации ключей dn-1, dn-2,...,d0. Осуществляется многократное деление на 2.

U

ЦАП

-R

D0

2n-1 1

-\ +... + Dn1 I°f

5.2. Общая структура подсистемы ввода аналоговых сигналов

Структура имеет вид:

Un,.. .ДЦт-измеряемые сигналы;

...Дл-аналоговые коммутаторы сигналов в группах; выбор сигнала определяется кодом подаваемым на шину "выбор в группе";

НУ.НУнормирующий усилитель -для преобразования диапазона измерения сигнала к максимальному диапазону измерения сигнала на входе АЦП (УВХ);

КГ-коммутатор групп- для подключения одной из групп;

Ul2

Un2

выбор в группе

С

НУ1

4»-

I I I

г*

выбор группы

КГ

хранение

к МПУ

преобразование

УВХ

АЦПМПУ

напряжение с датчиков

УВХ-для сохранения сигналов неизменными, во время его АЦ преобразования.

Кь...,Кп; КГ-реализуется на основе интегрированных схем КМОП и НМОП аналоговых коммутаторов (серии К590, К591,СБ4000 и т.д.)

Основными характеристиками при выборе аналоговых коммутаторов является:

d

К

К

n

Пример: Определить двоичное число, которое при выводе ЦАП сформирует на выходе напряжение -5,3В, если опорное напряжение равно иопор=+10,24, а n=11.

U- 5 3

K = -ЦАП • 2"-1 =----2"-1 = 530„ = 212, = 10000100102

U опор-10,24n к2

Современные ЦАП строятся как правило на основе схем "R-2R" c внутренним или внешним суммированием токов на ОУ.

В зависимости от включения данного ОУ и источника опорного напряжения ЦАПы могут работать в режимах:

-однополярного выходного напряжения 0 < Цтат! < UonoP.

-Двуполярного - Uonop/2 < Un < Uoпop/2.

-число коммутаторных входов;

-диапазон коммутируемых напряжений;

-максимально коммутируемый ток;

-переходное сопротивление с коммутируемого ключа и др.

Ну как правило реализуется на основе инвертируемых и не инвертируемых усилителей с ООС на основе ОУ.

Коэффициент усиления НУ выбирается исходя из диапазона измеряемого сигнала и диапазона входного сигнала на АЦП:

тгUmax АЦП Umin АЦП

В случае измерения (слабого изменения) сигналов, ОУ для НУ выбирается по напряжению смещения нуля Uсм0:

UK < ЛЛ= max АЦП - min АЦП

исмЧн - АЦП ЛАЦП =2n - 1.

ААцП-измерение входного напряжения АЦП на единицу младшего разряда (максимальная погрешность).

Изображенная схема подсистемы ввода аналоговых сигналов используется при измерении сигналов с сильно различающимися диапазонами измерения. В этом случае сигналы с близким диапазоном измерения формируется в единую группу. Такое объединение позволяет уменьшить число требуемых НУ.

5.3. Основные типы АЦП, используемые в МПУ. Основные характеристики выбора АЦП

В настоящее время в МПУ используют следующие типы АЦП:

-АЦП на основе преобразователей "напряжение-частота". К данному типу относят АЦП с дельта -сигма -модуляцией;

-АЦП "время-импульсные" однократным и двойным интегрированием сигнала, они преобразуют измеряемое напряжение в временной интервал;

-АЦП последовательного счета и последовательных приближений. Они строятся на основе ЦАП;

-АЦП параллельного преобразования, данный тип быстродействующий, но малоразрядный.

Выбор АЦП для МПУ осуществляют на основе следующих характеристик:

1Ч д , Umax АЦП - Umin АЦП 1

1)погрешность преобразования Л = ±-2n-1--2

2)время преобразования -интервал времени между подачей сигнала на вход АЦП и появление устойчивого кода на выходе;