Цифро-аналоговые преобразователи. Назначение, основные параметры и характеристики. Функциональное обозначение ЦАП, страница 3

Повышение быстродействия в сочетании с технологичностью интегрального изготовления достигается комбинированием двоично-взвешенной матрицы в старших разрядах с матрицей R – 2R в младших разрядах. Такие комбинированные матрицы используются в интегральных ЦАП 594ПА1 (n = 12, tуст = 3,5 мкс) и 1108ПА1 (n = 10, tуст = 0,4 мкс).

8. 4.  Применение умножающих ЦАП для 

         реализации вычислительных операций

В ряде практических применений требуется выполнение вычислительных операций над сигналами, представленными в разной форме – цифровой и аналоговой. Такие операции могут быть реализованы с применением цифро-аналоговых вычислительных преобразователей (ЦАВП).    Под цифро-аналоговыми вычислительными преобразователями  будем  понимать  устройства,  выполняющие вычислительные  преобразования  над входными сигналами,  представленными в цифровой или комбинированной формах (цифровой  и аналоговой),  с выдачей результата преобразования в аналоговой форме. Наиболее простую реализацию таких преобразований  допускают  структуры на базе умножающих ЦАП (УЦАП)  и  операционных  усилителей  ОУ.  Рассмотрим структурную  реализацию типовых математических операций в цифро-аналоговом виде.

Цифро-аналоговое умножение. Эта операция наиболее просто реализуется на базе УЦАП с выходом по напряжению.  Входные величины ux и x представлены в различной форме (рис. 8. 7, а), где ux - аналоговая величина, x -  n- разрядный двоичный цифровой код.

а                                                                б

Рис. 8. 7. Структурная реализация цифро-аналогового умножения

Аналоговая выходная величина УЦАП согласно формулы (8. 2) пропорциональна  произведению входных величин

, где  - максимальное значение десятичного эквивалента                          цифрового кода.

Для реализации операции умножения нескольких сомножителей, представленных в цифровом виде, можно использовать схему с каскадным соединением УЦАП, показанную на рис. 8. 7, б. Результаты умножения, формируемые на выходах УЦАП, определяются  выражениями:

Рассмотрим     ряд         частных применений         схемы, приведенной на рис. 8. 7, б:

а) 

б)  X1 = X2 = ...= Xm = X :

в) ux= Uоп const,X1 = X2 = … =Xm =X :

Цифро-аналоговое суммирование. Суммирование может быть  реализовано  по схеме приведенной на рис. 8. 8. Результат суммирования описывается выражением

Рассмотрим частные случаи применения сумматора:

а) ux1 = ux2 = ...= uxm = Uоп = const :

б) ux1 = ux2 = ...=uxm = ux :

в) X1 = X2 = ...=Xm = X :


Рис. 8. 8. Структурная реализация цифро-аналогового суммирования

Цифро-аналоговое деление. На базе УЦАП цифро-аналоговое деление можно реализовать с использованием принципа обратимости. Для этого УЦАП включается в цепь          ООС усилителя (рис. 8. 9, а), и выходное напряжение усилителя подается на вход опорного  напряжения  УЦАП.

Рис. 8. 9. Устройства цифро-аналогового деления

При этом напряжение на выходе УЦАП равно

 или

а ток, протекающий через резисторы R1 и R2,   можно определить как

 или .

Следовательно,

.

На рис. 8. 9, б приведен один из вариантов схемы цифро-аналогового деления на базе УЦАП с токовым выходом К572ПА1. В этой схеме ОУ работает в режиме преобразователя выходного тока УЦАП в напряжение,  а величина ux подается на  вход  усилителя через встроенный в УЦАП резистор Rос ,  играющий роль  R1  в предыдущей схеме. Для данного примера реализации

На рис. 8. 9, в приведена схема деления двух величин, представленных в цифровой форме

При замене Uоп на аналоговую переменную ux рассматриваемое устройство выполняет множительно-делительное действие над переменными, представленными в разной форме:

Комбинируя в различных сочетаниях соединение вышерассмотренных операционных схем, можно реализовать и другие типы  составных  математических операторов.

Контрольные вопросы

1.  Назначение, основные параметры и характеристики ЦАП.

2.  Схемотехника ЦАП с двоично взвешенной резистивной матрицей.

3.  Схемотехника ЦАП с резистивной матрицей R-2R.

4.  Сравнительная характеристика ЦАП.

5.  В чем состоит отличие обычного ЦАП от умножающего?

6.  Примеры реализации вычислительных операций на базе УЦАП.