Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) и АЦП. Асинхронный и синхронный способ передачи

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC). Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

ЦАП и АЦП применяются в измерительной технике, в бытовой аппаратуре, в компьютерной технике (ввод и вывод звука, видеомониторы, принтеры и т.д.), в медицинской технике, в радиолокационных устройствах, в телефонии и во многих других областях.

Микросхему ЦАП можно представить в виде блока, имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение U_оп (другое распространенное обозначение — U_REF). Выходным сигналом является напряжение U_вых (другое обозначение — U_O) или ток I_вых (другое обозначение — I_O). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению.

АЦП. Микросхему АЦП можно представить в виде блока, имеющего один аналоговый вход, один или два входа для подачи опорного (образцового) напряжения, а также цифровые выходы для выдачи кода, соответствующего текущему значению аналогового сигнала.

Часто микросхема АЦП имеет также вход для подачи тактового сигнала CLK, сигнал разрешения работы CS и сигнал, говорящий о готовности выходного цифрового кода RDY. На микросхему подается одно или два питающих напряжения и общий провод.

В асинхронном режиме данные передаются побайтно, каждый байт предваряется стартовым битом и завершается одним или двумя стоповыми битами. Таким образом, минимальной единицей передачи является байт, а стартовые/стоповые биты между байтами обеспечивают правильное опознание начала и конца каждого байта. Этот режим удобен с точки зрения надежности выделения сигналов с линии однако требует упаковки/распаковки битовых данных в байты, а также снижает скоростей передачи в канале за счет избыточных стартовых и стоповых битов (минимум на 25% - 2/8).

В синхронном режиме данные передаются побитно, без группировки в байты. В этом случае нет накладных расходов на группировку битов, и единицей передачи является отдельный бит. Тем не менее, чтобы приемник имел возможность пересинхронизации в случае потери части потока, биты часто оформляются в пакеты различной длины, снабженные заголовком и контрольной суммой. Минимальной информационной единицей в этом случае является пакет. Поскольку длина пакета значительно превышает длину его служебной части, накладные расходы оказываются намного меньше.