Цифро-аналоговые преобразователи. Назначение, основные параметры и характеристики. Функциональное обозначение ЦАП, страница 2

ЦАП с двоично взвешенной резистивной матрицей отличаются относительной простотой построения. Схема такого ЦАП приведена на рис. 8. 3. Сопротивления резисторов R₀/2^n-1,..., R₀/2⁰ в разрядах  преобразователя выбраны таким образом, что обеспечивается пропорциональность между током, протекающим через резистор данного разряда и его весом. В зависимости от значения  кода i –го разряда x_i     аналоговый электронный ключ либо подключает резистор данного разряда к источнику опорного напряжения U_ОП при x_i = 1, либо отключает его при x_i =0. Суммарный ток, формируемый  на выходе матрицы равен

Iå

    

Рис. 8. 3. ЦАП с двоично-взвешенной резистивной матрицей

Для получения выхода ЦАП по напряжению устанавливается преобразователь ток-напряжение на ОУ, выходное напряжение которого равно

При заданных значениях U_ОП и R₀ , необходимый диапазон изменения выходного напряжения задается величиной сопротивления R_OC.   Используя формулу (8. 2) определим шаг квантования

откуда найдем величину R_OC:

Недостатком ЦАП с двоично взвешенной резистивной матрицей является необходимость использования резисторов с большим диапазоном сопротивлений (от R₀ в младшем разряде до R₀/2^n-1 в старшем разряде). При большой разрядности возникают сложности изготовления этих резисторов по интегральной технологии. Поэтому такие ЦАП имеют ограниченную разрядность (n = 6 - 8). Другим недостатком таких преобразователей являются повышенные требования к стабильности источников опорного напряжения. Это вызвано тем, что источник работает с  нагрузкой, изменяющейся в широком диапазоне. Однако  преобразователи с двоично взвешенной резистивной матрицей имеют высокое быстродействие. Так, например, ИС ЦАП 1118ПА1 при n = 8 имеет t_уст = 20 нс.

8. 3. ЦАП с резистивной матрицей R –2R

Принцип построения таких ЦАП основан на особых свойствах резистивной матрицы R –2R, в которой используются резисторы только с двумя значениями сопротивлений R и 2R. На рис. 8. 4 для примера показана трехразрядная матрица и схема распределения токов. Входное эквивалентное сопротивление во всех сечениях, указанных на схеме, постоянно и равно 2R. В каждом узле матрицы входной ток делится на два равных тока, что обеспечивает двоичную взвешенность токов в разрядах.

Для простоты рассмотрим принцип построения двухразрядного ЦАП с матрицей R –2R (рис. 8. 5). Величины суммарного тока в зависимости от преобразуемого кода приведены в табл. 8. 1.

Рис. 8. 4. Резистивная матрица R- 2R

Рис. 8. 5. К примеру построения ЦАП с матрицей R –2R

Из данных, приведенных в табл. 8. 1, нетрудно заметить, что величина суммарного тока прямо пропорциональная значению цифрового кода.

Таблица 8. 1

Один из вариантов построения ЦАП с матрицей R –2R показан на рис. 8. 6. Для получения выхода по напряжению используется преобразователь ток-напряжение на ОУ.

К достоинствам таких ЦАП относятся: высокая технологичность изготовления по интегральной   технологии, особенно в сочетании с КМОП - ключами; постоянство нагрузки для источника опорного напряжения. К достоинствам ЦАП на основе КМОП – ключей следует отнести также возможность работы с изменяющимся в широком диапазоне двухполярным опорным напряжением, что расширяет их функциональные возможности. Такие ЦАП называются умножающими (УЦАП) и могут быть использованы для воспроизведения функциональных зависимостей и вычислительных операций. К недостаткам следует отнести ограниченное быстродействие, обусловленное влиянием паразитных емкостей матрицы и ключей.

На базе матриц R –2R выпускаются интегральные умножающие ЦАП 572ПА1       (n = 10, t_уст = 5 мкс) и 572ПА2 (n =12, t_уст =15 мкс).

 

Рис. 8. 6. ЦАП с матрицей R –2R