Цифро-аналоговый преобразователь с резистивной матрицей R-2R.

Схема ЦАП с резистивной матрицей R-2R изображена на рис. 11.60, а.

В этой схеме задание весовых коэффициентов ступеней преобразователя осуществляют посредством последовательного деления на 2 опорного напряжения Uon с помощью резистивной матрицы постоянного сопротивления R-2R. Характерной особенностью этой цепи является то, что ее входное сопротивление не зависит от количества звеньев и равно 2R (без учета входного резистора 2R старшего разряда).

ЦАП с резистивной матрицей R-2R

Рис. 11.60. ЦАП с резистивной матрицей R-2R:

а — схема; б — условное обозначение

В результате токи, коммутируемые соседними ключами, различаются вдвое, как и веса двоичного кода.

Согласно рис. 11.60, выходной ток /вых резистивной матрицы R-2R определяется выражением

Учитывая, что /0 = Uon /R, имеем:

Токи, коммутируемые всеми ключами, суммируются и преобразуются в выходное напряжение 11вых с помощью усилителя на ОУ. В результате получаем выходное напряжение

Поскольку в любом положении переключателей St они соединяют нижние выводы резисторов с общей шиной схемы, источник опорного напряжения нагружен на постоянное входное сопротивление Квх = = R. Это гарантирует неизменность опорного напряжения при любом входном коде ЦАП.

В практических схемах переключатели S, выполняются на КМОП- транзисторах. Упрощенная схема КМОП переключателя приведена на рис. 11.61.

Упрощенная схема КМОП переключателя

Рис. 11.61. Упрощенная схема КМОП переключателя

Поскольку КМОП ключи имеют низкое сопротивление в замкнутом состоянии, напряжения на ключах всегда небольшие, в пределах нескольких милливольт. Это упрощает построение ключей и схем управления ими и позволяет использовать опорное напряжение широкого диапазона, в том числе и различной полярности. Поскольку выходной ток ЦАП зависит от Uon линейно, то преобразователи такого типа можно использовать для умножения аналогового сигнала (подавая его на вход опорного напряжения) на цифровой код. Такие ЦАП называют перемножающими.

На основе резистивной матрицы R-2R построены отечественные ЦАП в виде ИМС типа К572ПА1 и К572ПА2. Они включают: резистивную матрицу R-2R, КМОП-переключатели, регистры для хранения цифрового кода и резистор обратной связи Roc. ОУ является внешним по отношению к ИМС ЦАП. На рис. 11.60, б приведено упрощенное условное обозначение указанных ЦАП.

Цифро-аналоговый преобразователь с резистивной матрицей R-2R, в отличие от ЦАП с двоично-взвешенными резисторами, не требуют широкого диапазона номиналов резисторов и поэтому легко реализуются полупроводниковой интегральной технологией. Матрицы R-2R занимают меньшую плотность на поверхности кристалла и позволяют снизить до минимума паразитные емкости и индуктивности резисторов и соединительных проводников. Однако такие преобразователи также имеют недостатки. Наиболее существенный — сильное влияние на точность преобразования нестабильности сопротивления ключей в замкнутом состоянии, что снижает временную и температурную стабильность их характеристик.

Указанный недостаток в значительной степени удается устранить в схемах, где разрядные токи формируются с помощью активных элементов (генераторов тока).

Схемы применения ЦАП относятся не только к области преобразования код-аналог. Пользуясь их свойствами можно производить умножение двух или более сигналов, строить делители функций, аналоговые звенья, управляемые от микроконтроллеров, такие как аттенюаторы, интеграторы. Важной областью применения ЦАП являются также генераторы сигналов, в том числе сигналов произвольной формы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >