l. Wyjaśnić, na czym polega przetwarzanie cyfrowo-analogowe oraz omówić błędy przetwarzania C/A.

Przetwarzanie cyfrowo-analogowe polega na odtworzeniu sygnału analogowego na podstawie sygnału cyfrowego podawanego na wej­ście przetwornika C/A i stanowi operację odwrotną do przetwarzania analogowo-cyfrowego. Przetwarzanie cyfrowo-analogowe jest realizowane za pomocą układów zwanych przetwornikami cyfrowo-analogowymi, które w praktyce są przetwornikami kod-wielkość fizyczna. Wielkością fizyczną najczęściej jest prąd lub napięcie.

Rozdzielczość przetwornika -

Błędy przetwarzania:

• dokładność bezwzględna:

Jest to największa różnica między przewidywaną a mierzoną wartością napięcia wyjściowego dla danej wartości wejściowej słowa cyfrowego, odniesiona do napięcia pełnego zakresu przetwarzania i wyrażona w %.

• dokładność względna:

Jest to największe odchylenie zmierzonej wartości napięcia wyjściowego od wartości teoretycznej dla danej wartości wejściowej słowa cyfrowego, odniesiona do wartości napięcia pełnego zakresu przetwarzania i wyrażona w %.

• błąd przesunięcia zera:

Jest błędem, który powoduje, że charakterysty­ka przetwarzania nie przechodzi dokładnie przez początek układu współ­rzędnych. Błąd przesunięcia zera jest określany jako różnica pomiędzy na­pięciem wyjściowym dla minimalnej wartości wejściowego słowa cyfrowe­go, teoretycznie odpowiadającym zeru, i napięciem „zera" rzeczywistego. Błąd przesunięcia zera jest wyrażany w mV lub μV.

• nieliniowość całkowa:

Jest określana jako maksymalne odchylenie rzeczywistej charakterystyki prze­twarzania od linii prostej, którą można wyznaczyć na dwa sposoby. Jednym ze sposobów jest wykreślenie linii prostej w sposób doświadczalny poprzez taką regulację przesunięcia zera albo regulację wzmocnienia, aby wyrównać maksymalne dodatnie i ujemne odchylenia punktów charakterystyki rzeczywistej od otrzymanej tym sposobem linii prostej.

• nieliniowość różniczkowa:

Jest to odchylenie wartości rzeczywistej przedziału kwantowania, od wartości idealnej przedziału kwantowania, czyli różnica pomiędzy dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi dwóm sąsiednim wartościom cyfrowego słowa wejściowego.

• błąd wzorcowania:

Jest związany z różnicą występującą między nachyleniem charakterystyki rzeczywistej przetwarzania a nachyleniem charakterystyki idealnej przetwarzania na koń­cu zakresu przetwarzania. Błąd ten wyraża się w procentach, a jego wartość określa się uwzględniając różnicę występującą pomiędzy wartością napięcia wyjściowego a wartością przewidywaną dla maksymalnej wartości słowa cyfrowego.

Ch-ka przetwarzania przetwornika C/A obarczonego błędem wzorcowania.

Ilustracja powstawania błędu przesunięcia zera.

2. Omówić budowę i zastosowanie przetworników C/A z siecią rezystorów o wartościach wagowych.

Schemat przetwornika C/A z siecią rezystorów o wartościach wagowych.

Jedne końcówki rezystorów sieci są podłączone do wejścia odwracające­go wzmacniacza operacyjnego tworząc wspólny tor, na którym utrzymywane jest przez wzmacniacz napięcie bliskie wartości zerowej. Drugie koń­cówki rezystorów są dołączone do przełączników sterowanych bitami słowa wejściowego. Takie połączenie zapewnia, że prądy związane z poszczególnymi bitami dekodowanej liczby N nie oddziałują wzajemnie na siebie.

Wadą tego typu przetworników jest zmienność rezystancji rezystorów sieci przy zmianie liczby przetwarzanej. Zarówno znaczny rozrzut tych wartości, jak i trudności w uzyskaniu wymaganej dokładności i stabilności termicznej rezystorów przyporządkowanych bezpośrednio poszczególnym wagom kodu dwójkowego ograniczają rozdzielczość scalonych przetworni­ków C/A z siecią wagową. Trudności tych można uniknąć stosując tzw. „sieć drabinkową" składającą się z rezystorów o dwóch znamionowych wartościach R oraz 2R.

3. Wyjaśnić zasadę działania przetworników C/A z siecią drabinkową rezystorów R-2R.

Schemat przetwornika C/A z siecią drabinkową R-2R o wyjściu napięciowym.

Sieć rezystorów składa się z rezystorów szeregowych o rezystancji R oraz rezystorów równoległych o rezystancji 2R., przy czym rezystory rów­noległe z jednej strony są połączone do masy, natomiast druga końcówka sieci jest podłączona do wejścia nieodwracającego wzmacniacza operacyj­nego pracującego w układzie wtórnika napięciowego.

Sieć rezystorów jest układem liniowym, a więc udział każdego źródła w tworzeniu sygnału wyjściowego może być rozważany niezależnie od innych źródeł, gdyż działanie układu może być rozpatrywane na podstawie metody superpozycji. Jeżeli przełącznik a₁, odpowiadający bitowi MSB, jest w pozycji 1, a pozostałe przełączniki są w pozycji 0, wówczas na wyjściu przetwornika uzyskuje się napięcie U_WY = U_W / 2. Rozpatrując dalej sytuację, gdy przełącznik a₂ pozostaje w pozycji 1, natomiast pozostałe przełączniki pozostają w pozycji 0, na wyjściu przetwornika uzyskuje się napięcie U_WY = U_W / 5. Analizując w ten sposób przedstawiony układ przetwornika, napięcie na wyjściu ma postać: U_WY = U_W*N; gdzie N - ułamkowa liczba dodatnia zapisana w naturalnym kodzie dwójkowym.

4. Zdefiniować i omówić powstawanie błędów: kwantowania i zliczania.

• Błąd kwantowania:

Wynika z samej istoty procesu kwantowania napięcia wejściowego przy przetwarzaniu go na wielkość cyfrową. W procesie kwantowania sygnałowi analogowemu U₁, który może przyjmować nieskoń­czenie wiele różnych wartości, zostaje przyporządkowany sygnał cyfrowy N wybrany ze zbioru skończonej liczby N_max przedziałów kwantowania o wielkości q, na które zostaje podzielony pełny zakres przetwarzania w procesie kwantowania.

Parametry przetwarzania C/A

Parametry statyczne:

Rozdzielczość przetwornika - określa liczba bitów słowa wejściowego.stąd przetwornik n-bitowy będzie rozróżniał jeden stan spośród 2ⁿ stanów.

Błąd skalowanie - wynika z róznego nachylenia rzeczywistej charakterystyki przetwarzania względem charakterystyki idealnej.

Monotoniczność - jest to cecha przetwornika wskazująca wzrost wartości na wyjściu jeżeli wzrost ten występuje także na wejściu układu.

Parametry dynamiczne:

Szybkość zmian napięcia wyjściowego jest podawana V/μs i jest okreslana poprzez szybkość zmian napięcia wyjściowego wzmacniacza wyjściowego.

Czas ustalania jest to czas po upływie którego napięcie w przetworniku ustali się wewnątrz przedziału ½ LSB

Maksymalna częstotliwość przetwarzania - okresla maksymalną liczbę przetworzeń C/A przy których przetwornik zachowuje swoje parametry statyczne. Podawana jest w MSPS.

---