Параллельные ЦАП - цифро-аналоговые преобразователи
ЦАП с cуммированием весовых токов
Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1. Пусть, например, требуется преобразовать двоичный четырехразрядный код в аналоговый сигнал тока. У четвертого, старшего значащего разряда (СЗР) вес будет равен 23=8, у третьего разряда - 22=4, у второго - 21=2 и у младшего (МЗР) - 20=1. Если вес МЗР IМЗР=1 мА, то IСЗР=8 мА, а максимальный выходной ток преобразователя IВых. макс=15 мА и соответствует коду 11112. Понятно, что коду 10012, например, будет соответствовать IВых=9 мА и т. д. Следовательно, требуется построить схему, обеспечивающую генерацию и коммутацию по заданным законам точных весовых токов. Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.
Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице. Выходной ток определяется соотношением
Рис. 3.
При высокой разрядности ЦАП токозадающие резисторы должны быть согласованы с высокой точностью. Наиболее жесткие требования по точности предъявляются к резисторам старших разрядов, поскольку разброс токов в них не должен превышать тока младшего разряда. Поэтому разброс сопротивления в K-м разряде должен быть меньше, чем
?R / R=2-K
Из этого условия следует, что разброс сопротивления резистора, например, в четвертом разряде не должен превышать 3%, а в 10-м разряде - 0,05% и т. д.
Рассмотренная схема при всей ее простоте обладает целым букетом недостатков. Во-первых, при различных входных кодах ток, потребляемый от источника опорного напряжения (ИОН), будет различным, а это повлияет на величину выходного напряжения ИОН. Во-вторых, значения сопротивлений весовых резисторов могут различаться в тысячи раз, а это делает весьма затруднительной реализацию этих резисторов в полупроводниковых ИМС. Кроме того, сопротивление резисторов старших разрядов в многоразрядных ЦАП может быть соизмеримым с сопротивлением замкнутого ключа, а это приведет к погрешности преобразования. В-третьих, в этой схеме к разомкнутым ключам прикладывается значительное напряжение, что усложняет их построение.
Эти недостатки устранены в схеме ЦАП AD7520 (отечественный аналог 572ПА1), разработанном фирмой Analog Devices в 1973 году, которая в настоящее время является по существу промышленным стандартом (по ней выполнены многие серийные модели ЦАП). Указанная схема представлена на рис. 4. В качестве ключей здесь используются МОП-транзисторы.
Рис. 4. Схема ЦАП с переключателями и матрицей постоянного импеданса
В этой схеме задание весовых коэффициентов ступеней преобразователя осуществляют посредством последовательного деления опорного напряжения с помощью резистивной матрицы постоянного импеданса. Основной элемент такой матрицы представляет собой делитель напряжения (рис. 5), который должен удовлетворять следующему условию: если он нагружен на сопротивление RН, то его входное сопротивление RВх также должно принимать значение RН. Коэффициент ослабления цепи ?=U2/U1 при этой нагрузке должен иметь заданное значение. При выполнении этих условий получаем следующие выражения для сопротивлений:
(6) |
При двоичном кодировании ??=0,5. Если положить RН=2R, то
RS=R и RP=2R |
(7) |
В соответствии с рис.4.
Поскольку в любом положении переключателей SK они соединяют нижние выводы резисторов с общей шиной схемы, источник опорного напряжения нагружен на постоянное входное сопротивление RВх=R. Это гарантирует неизменность опорного напряжения при любом входном коде ЦАП.
Согласно рис. 4, выходные токи схемы определяются соотношениями
(8) |
(9) |
А входной ток
Поскольку нижние выводы резисторов 2R матрицы при любом состоянии переключателей SK соединены с общей шиной схемы через низкое сопротивление замкнутых ключей, напряжения на ключах всегда небольшие, в пределах нескольких милливольт. Это упрощает построение ключей и схем управления ими и позволяет использовать опорное напряжение из широкого диапазона, в том числе и различной полярности. Поскольку выходной ток ЦАП зависит от UОп линейно, преобразователи такого типа можно использовать для умножения аналогового сигнала (подавая его на вход опорного напряжения) на цифровой код. Такие ЦАП называют Перемножающими (MDAC).
Точность этой схемы снижает то обстоятельство, что для ЦАП, имеющих высокую разрядность, необходимо согласовывать сопротивления R0 ключей с разрядными токами. Особенно это важно для ключей старших разрядов. Например, в 10-разрядном ЦАП AD7520 ключевые МОП-транзисторы шести старших разрядов сделаны разными по площади и их сопротивление R0 нарастает согласно двоичному коду (20, 40, 80, ... , 640 Ом). Таким способом уравниваются (до 10 мВ) падения напряжения на ключах первых шести разрядов, что обеспечивает монотонность и линейность переходной характеристики ЦАП. 12-разрядный ЦАП 572ПА2 имеет дифференциальную нелинейность до 0,025% (1 МЗР).
ЦАП на МОП ключах имеют относительно низкое быстродействие из-за большой входной емкости МОП-ключей. Тот же 572ПА2 имеет время установления выходного тока при смене входного кода от 000...0 до 111...1, равное 15 мкс. 12-разрядный DAC7611 фирмы Burr-Braun имеет время установления выходного напряжения 10 мкс. В то же время ЦАП на МОП-ключах имеют минимальную мощность потребления. Тот же DAC7611 потребляет всего 2,5 мВт. В последнее время появились модели ЦАП рассмотренного выше типа с более высоким быстродействием. Так 12-разрядный AD7943 имеет время установления тока 0,6 мкс и потребляемую мощность всего 25 мкВт. Малое собственное потребление позволяет запитывать такие микромощные ЦАП прямо от источника опорного напряжения. При этом они могут даже не иметь вывода для подключения ИОН, например, AD5321.
Похожие статьи
-
Цифро-аналоговые преобразователи - Типы преобразователей
Задача заключается в преобразовании величины, которая задана двоичным (или многозначным двоично-десятичным) числом в пропорциональный уровень напряжения...
-
Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах - цифро-аналоговые преобразователи
Рассмотренная выше схема ЦАП с ШИМ вначале преобразует цифровой код во временной интервал, который формируется с помощью двоичного счетчика квант за...
-
ЦАП на источниках тока - цифро-аналоговые преобразователи
ЦАП на источниках тока обладают более высокой точностью. В отличие от предыдущего варианта, в котором весовые токи формируются резисторами сравнительно...
-
Перемножители и делители функций - Цифро-аналоговый преобразователь с параллельным интерфейсом
Как уже указывалось выше, ЦА-преобразователи на МОП-ключах, допускают изменение опорного напряжения в широких пределах, в том числе и смену полярности....
-
Схемы применения цифро-аналоговых преобразователей относятся не только к области преобразования код - аналог. Пользуясь их свойствами можно определять...
-
Рассмотрим пример 8-разрядного последовательно-параллельного АЦП, относящегося к типу многотактных (рис. 1). Здесь процесс преобразования разделен во...
-
Основой ЦАП этого типа является матрица конденсаторов, емкости которых соотносятся как целые степени двух. Схема простого варианта такого преобразователя...
-
Схема восьмиразрядного преобразователя с суммированием напряжений, изготавливаемого в виде ИМС, приведена на рис. 5. Основу преобразователя составляет...
-
Аналого-цифровые преобразователи - Типы преобразователей
Предварительные замечания об АЦП Кроме чисто "цифрового" сопряжения (ключи, лампы в т. п.), которое обсуждалось в нескольких предыдущих разделах, часто...
-
Аттенюаторы и интеграторы на ЦАП - Цифро-аналоговый преобразователь с параллельным интерфейсом
Аттенюаторы, т. е. регуляторы уровня сигнала, с цифровым управлением гораздо более надежны и долговечны, чем традиционные аттенюаторы на основе...
-
Электрические элементарные преобразователи - Типы преобразователей
Наиболее распространенные электрические элементарные преобразователи рассмотрены в данном разделе. Ими являются: реостат, неуравновешенный мост,...
-
АЦП с параллельным интерфейсом выходных данных - Преобразователи напряжение-частота
АЦП с параллельным интерфейсом выходных данных . В простейших случаях, характерных для параллельных АЦП и преобразователей ранних моделей, интерфейс...
-
Параллельные АЦП - Аналого-цифровые преобразователив системах передачи и преобразования информации
АЦП этого типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. На рис. 3...
-
Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все...
-
Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с Поразрядным уравновешиванием , является наиболее распространенным вариантом...
-
С помощью нуль-органа опорное напряжение генератора сравнивается с управляющим напряжением Uупр преобразователя. Когда опорное напряжение в (процессе его...
-
Большинство современного подвижного состава оборудовано системами регулирования с помощью реостатов. Во время разгона на каждый пуск расходуется энергия...
-
Описание ПУ Преобразователь уровней (ПУ) - специальная схема, преобразующая выходные сигналы цифровой ИС (интегральная схема) одного типа во входные...
-
АЦП последовательного счета Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичными приближениями и состоит из компаратора,...
-
Преобразователь напряжения переменного тока в ток - Типы преобразователей
Этот преобразователь (рис.20, а) обычно применяют в качестве нормирующего для преобразования в унифицированный токовый сигнал выходного сигнала...
-
АЦП с последовательным интерфейсом выходных данных - Преобразователи напряжение-частота
АЦП с последовательным интерфейсом выходных данных. В АЦП последовательного приближения, оснащенных простейшей цифровой частью, таких как 12-битный...
-
Для расчета основных элементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя вначале требуется выбрать тип цифровых и аналоговых...
-
Преобразователи напряжение-частота - Преобразователи напряжение-частота
На базе преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) могут быть построены интегрирующие АЦП, обеспечивающие относительно высокую точность преобразования при...
-
Регулировочная характеристика СИФУ при косинусоидальном опорном напряжении определяется выражением . (7.1) При линейной пилообразной форме опорного...
-
Мощность сигнала, получаемого из выхода формирователя длительности импульсов мала. Усилитель импульсов предназначен для усиления импульсов перед их...
-
Метрологические характеристики - Преобразователь пьезоэлектрический
3.1 Расчет класса точности Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой средств измерений (СИ) и определяется пределами допускаемых...
-
Следующим типом интегрирующего АЦП с частотно-импульсным преобразованием, принцип работы которого основан на предварительном преобразовании входного...
-
Определяем сопротивление резистора Rк. R3= Rк (0.2 0.3) RВых = 0.25*24662 (Ом),где RВых = RВх. ок. Определяем сопротивление резистора Rэ. Rэ =R4= 0.5*Rк=...
-
АЦП ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ТИПА - Цифровые устройства и микропроцессоры
В таком АЦП весь диапазон входного напряжения разбивается на 2^n интервалов. Каждому интервалу соответствует опорное напряжение Uо(i), снимаемое с...
-
Введение - Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с К572ПВ1
В данной курсовой работе рассмотрена схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) последовательного счета. В этом курсовом используется АЦП с...
-
Преобразователь электрического сопротивления термометра в ток - Типы преобразователей
Наиболее распространенные электрические элементарные преобразователи рассмотрены в данном разделе. Ими являются: реостат, неуравновешенный мост,...
-
ЛИТЕРАТУРА - цифро-аналоговые преобразователи
Лидовский В. И. Теория информации. - М., "Высшая школа", 2002г. - 120с. Метрология и радиоизмерения в телекоммуникационных системах. Учебник для ВУЗов. /...
-
Расчет и выбор R-C цепочек Для ограничения скорости нарастания прямого напряжения используем R-C цепочки, которые включаем параллельно каждому тиристору....
-
Тиристоры Выбираются По Среднему Значению Тока, Протекающему через них и величине обратного напряжения. При этом должен быть обеспечен достаточный запас...
-
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые...
-
Минимизировать нижеприведенные функции, представленные картами Карно. - Преобразователи кода
Не заполненные клетки соответствуют нулю. Переменные, обозначенные буквами, соответствуют прямому значению, а не обозначенные - инверсному. Правильные...
-
Для реализации ПУ выберем транзистор КТ503А, который является кремниевым, эпитаксиально-планарным п-р-п универсальным низкочастотным маломощным....
-
Для реализации УНЧ выбираем микросхему КР538УН3 - одноканальный сверхмалошумящий усилитель низкой частоты. Ее параметры: UПит - 57.5(В) UM. вых. max. -...
-
Устройство сравнения предназначено для определения знака входного сигнала, а также для сравнения сигнала с УВХ с сигналом, снимаемым с ЦАП, и выдачи...
-
Выбор транзисторов, по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, и максимальной амплитуде коллекторного тока: PMax(0.250.3)PВых РMax(0.2750.33) (Вт)...
Параллельные ЦАП - цифро-аналоговые преобразователи