13.1 Некоторые предварительные сведения



==879

13.1.1 Основные характеристики

Прежде чем погружаться в детали, следует перечислить важные характеристики, которые надо учитывать при выборе АЦП и ЦАПа, потому что это сильно помогает найти именно то, что нужно.

Параметры цифро-аналоговых преобразователей

Разрешение:

число бит;

Точность:

монотонность, линейность, стабильность на постоянном токе;

Опорный источник:

внутренний или внешний, умножающий ЦАП ?

Выход:

по напряжению или по току;

Выходной диапазон:

одно- или двуполярный, диапазон \( V_{out}\) , диапазон рабочих напряжений для токового выхода;

Скорость:

время установления, частота обновления выхода;

Количество в корпусе:

один или несколько;

Интерфейс:

последовательный ( I2C, SPI, иное ) или параллельный;

Корпус:

для монтажа в отверстия, для поверхностного монтажа или модуль;

Прочее:

энергия помех, спящий режим, возможность внутреннего масштабирования.



==880

Параметры аналогово-цифровых преобразователей

Разрешение:

число бит;

Точность:

монотонность, линейность, стабильность на постоянном токе;

Опорный источник:

внутренний или внешний;

Входной диапазон:

однополярный или биполярный, диапазон напряжений на входе;

Скорость:

время преобразования и латентность;

Количество в корпусе:

один или несколько;

Интерфейс:

последовательный ( I2C, SPI или др. ) или параллельный;

Корпус:

для монтажа в отверстия, для поверхностного монтажа или модуль;

Прочее:

внутренний масштабирующий усилитель, свободный от гармоник динамический диапазон.

13.1.2 Кодовые схемы

Сейчас стоит возвратиться к §10.1.3 и различным кодовым схемам, используемым для представления чисел со знаком. В АЦП чаще всего используются двоичный смещённый и код с дополнением до 2 , но время от времени всплывают и прямой код со знаком , и код Грея. Небольшая шпаргалка:

                  Offset      2s
                  binary      Complement
+Full scale       1 111       0 111
+Full scale — 1   1 110       0 110

0 + 1 LSB         1 001       0 001
0                 1 000       0 000
0 — 1 LSB         0 111       1 111

—Full scale + 1   0 001       1 001
—Full scale       0 000       1 000 

13.1.3 Ошибки преобразователей

Тема ошибок АЦП и ЦАПов очень сложна и тянет на написание монографии. По мнению Берни Гордона ( Bernie Gordon ) из Analogic, если пользователь заявляет, что точная схема преобразования дотягивает до заявленных характеристик, то, возможно, он чего-то не учёл. Разбор вариантов, подтверждающих слова Берни, не входит в планы авторов, но взглянуть на четыре самых распространённых вида ошибок преобразования необходимо. К таковым ошибкам относятся: ошибки смещения и усиления, нелинейность и немонотонность. Все они показаны на рис. 13.1 , дополнительных пояснений не требуют, и вместо того, чтобы разводить дискуссию на эту тему, перейдём сразу к описанию методов D/A преобразования и их возможностей, после чего, ознакомившись с контекстом, вернёмся в §13.4 к ошибкам.

13.1.4 ЦАП: интегрированное решение или отдельная микросхема

Иногда АЦП и ЦАПы встраивают в состав сложных интегральных схем. Наиболее известный пример - микроконтроллеры ( Часть 15 ), где часто рядом с самим вычислительным ядром можно обнаружить и АЦП, и ЦАПы, и прочие периферийные устройства. Как будет ясно из дальнейшего, самая дешёвая микросхема АЦП стоит гораздо больше, чем самый дешёвый микроконтроллер с интегрированным АЦП ^_3 . Микроконтроллер вообще имеет в своём составе большой набор очень полезных периферийных устройств, оперативной и программной памяти и является по сути «системой на кристалле». Но здесь следует проявлять осторожность, т.к. преобразователи в составе недорогих микроконтроллеров параметрами не поражают. Реально получить 8 или 10 разрядов, но 16 уже сильно вряд ли, а что-либо сравнимого с 24-битным аудио-АЦП пока не предвидится ^_4 .

Но встречаются ИС, в которых встроенные преобразователи показывают отличные характеристики. Одним из таких примеров могут служить микросхемы прямого цифрового синтеза ( DDS ), см. §7.1.8 . В них с помощью счётчика из таблицы извлекается амплитуда синусоидального сигнала в цифровой форме, из которой встроенный 14-разрядный ( бывают и другие ) ЦАП делает аналоговый выходной сигнал. Микросхема может тактироваться с частотой 1 GHz и более. Другой пример можно найти среди видеопроцессоров, где преобразование и математическая обработка изображения сочетается с высоким качеством сигнала. В мире звука можно найти серию Cirrus CS470xx ( система на кристалле «звуковая ИМС всё-в-одном» ), включающую несколько 24-разрядных АЦП и ЦАПов с динамическим диапазоном 105 dB , 32-битный DSP с 32k RAM, кодеки, конверторы, аудио интерфейсы ( SPDIF ) и последовательные порты SPI/I2C.



==881

В задачах, требующих высокой точности и линейности ( вольтметры, звуковая аппаратура ) преобладают преобразователи в виде отдельных микросхем. Выбор здесь очень широк, что сильно контрастирует со скудностью набора возможных вариантов среди встроенных решений.



==881