W artykule tym, będącym częścią cyklu "Podstawy układów DAC" przyjrzymy si,ę dwóm, mocno związanym z sobą parametrom dynamicznym układów przetworników cyfrowo-analogowych (DAC): prędkości narastania (slew rate) i czasowi stabilizacji wyjścia (settling time). Zależność parametrów dynamicznych układu od parametrów statycznych zostanie omówiona w kolejnych postach z tego cyklu.
Czym jest prędkość narastania?
Emerytowany inżynier Texas Instruments, Bruce Trump, zdefiniował kiedyś w bardzo przystępny sposób, na jednym z swoich blogów, prędkość narastania wzmacniacza operacyjnego. W przypadku przetwornika DAC da się zastosować ten sam opis, co do op-ampa z uwagi chociażby na budowę przetwornika.
Zasadniczo, gdy na wejściu układu zajdzie dostatecznie duża zmiana, na przykład podany zostanie na wejście cyfrowe kod znajdujący się kilka jednostek od aktualnego napięcie wyjściowe z wzmacniacza wyjściowego układu zacznie narastać - zwiększać się możliwie szybko - aż osiągnie wartość bliską napięciu zaprogramowanego z wykorzystaniem wejścia cyfrowego. Od tego momentu napięcie wyjściowe zaczyna się stabilizować do zaprogramowanego napięcia (w pewnych, założonych granicach błędu konkretnego układu w konkretnej aplikacji).
W karcie katalogowej każdego układu (i DACa i wzmacniacza operacyjnego i innych) znajdziemy informacje o maksymalnej prędkości narastania napięcia na wyjściu, jakiej możemy spodziewać się od układu. Typowo wartości te podaje się w mikrowoltach na sekundę.
Na poniższym obrazku przedstawiono przebieg na wyjściu przetwornika DAC, uwzględniający wszystkie etapy związane z przełączaniem kodu na wejściu cyfrowym: czas martwy (dead time), narastanie (slew), poprawka (recovery) i stabilizacjua (settling). Rysunek ten jest schematyczny i nie w skali - wartości amplitud dobrano tak, aby każdy z fragment przebiegu był czytelny.
Czym jest czas stabilizacji?
Czas stabilizacji wyjścia przetwornika DAC także można definiować podobnie jak czas stabilizacji wyjścia w przypadku wzmacniacza operacyjnego. Jedyną różnicą w przypadku przetwornika cyforow-analogowego jest czas martwy, nie występujący w op-ampach. Czas martwy przetwornika to czas potrzebny układowi na zatrzaśnięcie danych cyfrowych i wykonanie innych operacji po stronie cyfrowej układu. Zastrzaśnięcie danych jest zazwyczaj wyzwalane zboczem opadającym sygnału cyfrowego nazywanego LDAC. Zależność czasowa pomiędzy wejściem LDAC i wyjściem analogowym przetwornika DAC pokazana jest na poniższym oscylogramie, zaczerpniętym z karty katalogowej przetwornika DAC8568 firmy Texas Instruments.
Jeśli na DAC zostanie podany krok o znacznym zakresie przejdzie on do modu narastania, który widoczny jest na obu rysunkach powyżej. W trybie narastania prędkość jego działania ograniczona jest prędkością narastania napięcia na wyjściu układu. Po etapie narastania napięcia, zazwyczaj ono będzie większe od założonego - typowo o nie więcej niż 1 LSB - po czym delikatnie opadnie do założonego napięcia w sposób liniowy.
W kartach katalogowych czas narastania podaje się dla relatywnie dużych zmian napięcia wyjściowego. Na przykład dla wspominanego wyżej układu DAC8568 podaje się czas stabilizacji dla zmiany napięcia wyjściowego z ¼ pełnego zakresu doi ¾ napięcia maksymalnego. Dla tego układu czas ten wynosi 5 µs.
Podczas projektowania układu pamiętać trzeba iż czas narastania może zdominować całą dynamikę układu, jeśli kroki wykonywane napięciem wyjściowym przetwornika przekroczą zakres podawany w specyfikacji. Jeśli natomiast zmiany będą mniejsze niż krok podawany w specyfikacji to czas stabilizacji będzie odpowiednio mniejszy niż katalogowy. W aplikacjach wysokiej prędkości czas stabilizacji efektywnie definiuje maksymalną częstotliwość odświeżania wyjścia.
Źródła:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...-understanding-your-dac-39-s-speed-limit.aspx
Fajne? Ranking DIY