Цифро-анаalogовое преобразование: основы, АЦП и ЦАП

Интеграция цифровой схемотехники с цифровыми датчиками — коммутаторами, реле и энкодерами — не представляет сложности, так как их сигналы по своей природе бинарны (вкл/выкл) и напрямую совместимы с логическими элементами.

Ситуация усложняется при подключении аналоговых устройств. Для преодоления разрыва между непрерывным аналоговым миром и дискретной цифровой обработкой требуются электронные компоненты, способные преобразовывать непрерывные сигналы в дискретные цифровые значения и наоборот. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполняет прямое преобразование, а цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — обратное.

В АЦП аналоговый электрический сигнал (обычно напряжение или ток) дискретизируется по времени и квантуется по амплитуде, превращаясь в двоичное число, пригодное для обработки цифровыми системами. Блок-схема АЦП показана ниже:

Наоборот, ЦАП принимает двоичный код и синтезирует соответствующее ему аналоговое напряжение или ток. Блок-схема ЦАП представлена здесь:

Вместе АЦП и ЦАП обеспечивают полноценный интерфейс для цифровых систем, взаимодействующих с аналоговыми датчиками и исполнительными механизмами. Типичный пример — блоки управления двигателем внутреннего сгорания (ЭБУ) в автомобилях: показания датчиков преобразуются в цифровые данные для обработки, а управляющие команды — обратно в аналоговые сигналы для приводов.

На практике преобразование цифрового сигнала в аналоговый, как правило, проще обратной операции. Поэтому мы начнем рассмотрение со схем ЦАП, а затем перейдем к архитектурам АЦП.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• Рабочий лист: Цифро-аналоговое преобразование