Параметры ЦАП

При последовательном возрастании значений входного цифрового сигнала D (t) от 0 до 2N-1 через единицу младшего разряда (ОМР) выходной сигнал U _вых (t) образует ступенчатую кривую. Такую зависимость преимущественно называют характеристикой преобразования ЦАП. В отсутствие аппаратных погрешностей средние точки ступенек расположены на идеальной прямой 1 (рис. 22), которой соответствует идеальная характеристика преобразования. Реальная характеристика преобразования может существенно отличаться от идеальной размерами и формой ступенек, а также расположением в плоскости координат. Для количественного описания этих различий существует целый ряд параметров

Статические параметры

Разрешение - прирост Uвих при преобразовании смежных значений Dj, т.е. таких, которые отличаются на ОМР. Это увеличение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования h = U _ПШ / (2N-1), где U _ПШ - номинальная максимальная выходная напряжение ЦАП (напряжение полной шкалы), N - разрядность ЦАП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешение

Погрешность полной шкалы - относительная разница между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля

Есть мультипликативной составляющей полной погрешности. Иногда указывается соответствующим числом ОМР.

Погрешность смещения нуля - значение U вых, когда входной код ЦАП равен нулю. Есть аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:

Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования U _вых (D) от оптимальной (линия 2 на рис. 22). Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности. Нелинейность обычно определяется в относительных единицах, но в справочных данных приводится также и в ОМР. Для характеристики, приведенной на рис. 22.

Дифференциальная нелинейность - максимальное изменение (с учетом знака) отклонения реальной характеристики преобразования U вых (D) от оптимальной при переходе от одного значения входного кода до другого смежного значению. Обычно определяется в относительных единицах или в ОМР. Для характеристики, приведенной на рис. 22,

Монотонность характеристики преобразования - рост (уменьшение) выходного напряжения ЦАП Uвих при росте (уменьшении) входного кода D. Если дифференциальная нелинейность больше относительного шага квантования h / Uпш, то характеристика преобразователя немонотонного

Температурная нестабильность Ца-преобразователя характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля

Погрешности полной шкалы и смещения нуля м огут быть устранены калибровкой (подстройкой. Погрешности нелинейности простыми средствами устранить невозможно.

Динамические параметры

Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразное изменение входного кода, обычно от величины "все нули" до "все единицы" (рис. 23).

Время установки - диапазон времени от момента изменения входного кода (на рис. 23 t = 0) до момента, когда в последний раз выполняется равенство

| U _вых - U _ПШ | = d / 2,

Скорость нарастания - максимальная скорость изменения U вых (t) во время переходного процесса. Определяется как отношение увеличения D U вых ко времени t, за которое произошло это увеличение. Обычно указывается в технических характеристиках ЦАП с выходным сигналом в виде напряжения. В ЦАП с токовой выходом этот параметр в большой степени зависит от типа выходного ОП.

Для перемножуючих ЦАП с выходом в виде напряжения часто указываются частота единичного усиления и мощностной полоса пропускания, которые в основном определяются свойствами выходного усилителя

Шумы ЦАП

Шум на выходе ЦАП может появляться по разным причинам, которые вызваны физическими процессами, происходящими в полупроводниковых устройствах. Для оценки качества ЦАП высокого разрешения принято использовать понятие среднеквадратической значения шума. Измеряются обычно в Мб / (Гц) _{1 / 2} в заданной полосе частот

Выбросы (импульсные помехи) - крутые короткие всплески или провалы в выходном напряжении, возникающие при изменении значений исходного кода за счет несинхронности размыкания и замыкания аналоговых ключей в разных разрядах ЦАП. Например, если при переходе от значения кода 011 ... 111 до значения 100 ... 000 ключ самого старшего разряда Ца-преобразователя с суммированием весовых токов откроется позже, чем закроются ключи младших разрядов, то на выходе ЦАП некоторое время будет существовать сигнал, что соответствует коду 000 ... 000.

Выбросы характерны для быстродействующих ЦАП, где сведены к минимуму емкости, которые могли бы их сгладить. Радикальным способом подавления выбросов является использование устройств выборки-хранения. Выбросы оцениваются по их площади (в пВ * с).

В табл. 2 приведены важнейшие характеристики некоторых типов цифро-аналоговых преобразователей

Таблица 2