Перейти к содержанию

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь решает задачу, обратную АЦП: получает от микроконтроллера число и выдаёт пропорциональное ему напряжение. Им задают уставки, подстраивают смещение, формируют сигналы. Точность ЦАП описывают те же параметры, что и АЦП: разрядность, нелинейность, ошибки нуля и усиления.

Обновлено Редакция GAW

ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь, digital-to-analog converter, DAC) — устройство, которое превращает цифровой код в пропорциональное напряжение или ток. Выход N-битного ЦАП: Uвых = Uоп · D / 2N, где D — код от 0 до 2N − 1, а Uоп — опорное напряжение.

Простой способ построить ЦАП — резистивная цепочка: последовательно включённые одинаковые резисторы делят опорное напряжение на 2N ступеней, а ключи подключают к выходу нужный отвод. Такая цепочка (string DAC) показана на блок-схеме 12-битного MCP4725 от Microchip; у DAC7571 TI изображает резистивную сеть. У обоих за ней стоит буферный усилитель с выходом до шин питания. Опорным у обоих служит питание, поэтому при 5 В шаг кода — 1,22 мВ.

ПараметрЧто означаетMCP4725 (Microchip)
Разрядностьчисло двоичных разрядов кода12 бит
INL и DNLотклонение от прямой и неравномерность шагов±2 и ±0,2 LSB типично
Ошибка смещениявыход при нулевом коде0,02 % шкалы типично
Ошибка усиленияотклонение наклона−0,1 % шкалы типично
Время установленияпереход от ¼ к ¾ шкалы с точностью ½ LSB6 мкс

Точность ЦАП ограничена точностью опорного напряжения: если опорное — питание, любая его ошибка переходит в выход. Для точных уставок ЦАП питают от стабильного источника опорного напряжения или выбирают микросхемы с отдельным входом опорного.

ЦАП часто имеют режимы отключения, в которых выходной усилитель выключен, а выход замкнут на общий провод через известное сопротивление: у MCP4725 — 1, 100 или 500 кОм. Подключение по I²C, адреса и EEPROM — в карточке MCP4725 и DAC7571.

Частые вопросы

Как рассчитать напряжение на выходе ЦАП?

Для двоичного N-битного ЦАП U = Uоп · D / 2^N, где D — код. У 12-битного MCP4725 опорным служит питание: U = VDD · D / 4096. При 5 В шаг — 1,22 мВ, код 2048 даёт половину питания, а наибольший код 4095 — питание минус один шаг.

Что такое монотонность ЦАП?

Свойство, при котором увеличение кода никогда не уменьшает выходное напряжение. Оно гарантировано, если дифференциальная нелинейность не хуже −1 LSB. У DAC7571 TI указывает монотонность по построению, у MCP4725 DNL — до ±0,75 LSB. Монотонность важна в регуляторах: иначе петля обратной связи может застрять между соседними кодами.

Чем ЦАП отличается от ШИМ с фильтром?

ЦАП выдаёт постоянное напряжение сразу после записи кода — у MCP4725 установление около 6 мкс — без пульсаций. ШИМ с RC-фильтром даёт напряжение, усреднённое фильтром, с остаточными пульсациями и задержкой, которые определяются постоянной времени фильтра. Если нужна точность и быстрое изменение уровня, берут ЦАП.

Источники

  1. Microchip. MCP4725: 12-Bit Digital-to-Analog Converter with EEPROM Memory in SOT-23-6 (DS22039D, 2009) — разд. 1 — 12 бит, буферизованный выход до шин, опорное — питание VDD; INL, DNL, ошибки смещения и усиления; разд. 4 — термины; разд. 5.4 — VOUT = VDD · Dn / 4096, шаг 1,22 мВ при 5 В; блок-схема — резистивная цепочка (string DAC) и выходной усилитель; режимы отключения 1, 100 и 500 кОм
  2. Texas Instruments. DAC7571: +2.7 V to +5.5 V, I2C Interface (Receive Only), Voltage Output, 12-Bit Digital-to-Analog Converter (SLAS374D, revised January 2014) — с. 1 — 12 бит, резистивная сеть, выходной буфер, монотонность по построению, сброс выхода в ноль при включении; электрические характеристики — относительная точность ±0,195 % FSR, DNL ±1 LSB, установление 8–10 мкс

Нашли ошибку?

Смотрите также