Применение ЦАП, обработка аналоговых сигналов

Опубликовано 13.08.2011 Ведущий Валерий Харыбин

Помимо преобразования цифровых кодов в аналоговый сигнал цифро-аналоговые преобразователи широко используются для управляемой обработки аналоговых сигналов, например, для усиления и ослабления аналоговых сигналов в заданное число раз. Для этого лучше всего подходят умножающие ЦАП, которые допускают изменение уровня опорного напряжения в широких пределах, в том числе и с изменением его знака. Таких микросхем ЦАП выпускается сейчас достаточно много, с различным быстродействием и с различным количеством разрядов входного кода.
Самая простейшая схема — это цифровой аттенюатор (или ослабитель) аналогового сигнала, применяемый часто для регулировки амплитуды выходного сигнала генератора на основе ЦАП. В схеме на аналоговый вход ЦАП вместо постоянного опорного напряжения подается переменный аналоговый сигнал, при этом сам ЦАП должен быть обязательно умножающим.
Выходной сигнал будет пропорционален входному (с инверсией), а коэффициент пропорциональности определяется входным цифровым кодом N. Коэффициент пропорциональности изменяется в данном случае от нуля и почти до единицы с шагом, равным 2 в степени «минус n».
Входной регистр ЦАП в данном случае необходим, поскольку при неодновременном переключении разрядов входного кода на выходной сигнал ЦАП могут накладываться короткие импульсы значительной амплитуды. Требования к быстродействию ЦАП в данном включении не слишком высоки, так как амплитуду выходного сигнала обычно требуется менять нечасто. А частота входного аналогового сигнала может быть довольно большой, она никак не связана с временем установления ЦАП.
Существует также схема включения ЦАП, которую можно использовать как управляемый усилитель аналогового сигнала с коэффициентом усиления, задаваемым входным кодом N.
При этом коэффициент пропорциональности между выходным и входным напряжениями обратно пропорционален коду N. Код N может меняться в этом случае от 1 до 2 в степени n минус 1, что соответствует коэффициенту усиления от примерно единицы до 2 в степени n. Например, при 10-разрядном ЦАП коэффициент усиления схемы может достигать 1024.
Как и в предыдущем случае, скорость переключения ЦАП не очень важна, так как коэффициент усиления обычно не требуется переключать слишком часто. Входной регистр ЦАП, опять же необходим, чтобы обеспечить одновременность переключения всех разрядов входного кода.
Используя последовательное включение двух рассмотренных схем, можно обеспечить приведение к стандартному уровню входного напряжения, изменяемого в очень широких пределах. Такая задача часто встречается в аналого-цифровых системах.
Наконец, последняя широко распространенная схема с применением ЦАП — это схема сдвига аналогового сигнала на величину, задаваемую входным цифровым кодом. Сдвиг представляет собой, по сути, сложение аналогового сигнала с постоянным напряжением. Такая задача довольно часто встречается в аналого-цифровых системах. Схема сдвига включает в себя преобразователь цифрового кода в выходное напряжение и аналоговый сумматор на операционном усилителе.