WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Паралельні ЦАП - Реферат

Паралельні ЦАП - Реферат

Реферат на тему:

Паралельні ЦАП

ЦАП з cумуванням вагових струмів

Більшість схем паралельних ЦАП засновано на підсумовуванні струмів, сила кожного з яких пропорційна вазі цифрового двійкового розряду, причому повинні сумуватися тільки струми розрядів, значення яких рівні 1. Нехай, наприклад, потрібно перетворити двійковий четирьохрозрядний код в аналоговий сигнал струму. У четвертого, старшого значущого розряду (СЗР) вага буде дорівнює 23=8, у третього розряду - 22=4, у другого - 21=2 та в молодшого (МЗР) - 20=1. Якщо вага МЗР IМЗР=1 ма, то IСЗР=8 ма, а максимальний вихідний струм перетворювача Iвих.макс=15 ма та відповідає коду 11112. Зрозуміло, що коду 10012, наприклад, буде відповідати Iвих=9 ма та т.д. Отже, потрібно побудувати схему, що забезпечує генерацію та комутацію за заданими законами точних вагових струмів. Найпростіша схема, що реалізує зазначений принцип, наведена на рис. 3.

Опори резисторів вибирають так, щоб при замкнутих ключах через них протікав струм, що відповідає вазі розряду. Ключ повинен бути замкнутим тоді, коли відповідний йому біт вхідного слова дорівнює одиниці. Вихідний струм визначається співвідношенням

При високій розрядності ЦАП струмозадаючі резистори повинні бути погоджені з високою точністю. Найжорсткіші вимоги щодо точності пред'являються до резисторів старших розрядів, оскільки розкид струмів у них не повинен перевищувати струму молодшого розряду. Тому розкид опору в k-му розряді повинен бути меншим, ніж

R / R=2-k

З цієї умови випливає, що розкид опору резистора, наприклад, у четвертому розряді не повинен перевищувати 3%, а в 10-м розряді - 0,05% і т.д.

Розглянута схема при всій її простоті має цілий букет недоліків. По-перше, при різних вхідних кодах струм, споживаний від джерела опорної напруги (ДОН), буде різним, а це вплине на величину вихідної напруги ДОН. По-друге, значення опорів вагових резисторів можуть розрізнятися в тисячі разів, а це робить дуже скрутною реалізацію цих резисторів у напівпровідникових ІМС. Крім того, опір резисторів старших розрядів у багаторозрядних ЦАП може бути співрозмірним з опором замкнутого ключа, а це приведе до похибки перетворення. По-третє, у цій схемі до розімкнутих ключів прикладається значна напруга, що ускладнює їх побудову

Ці недоліки усунуті в схемі ЦАП AD7520 (вітчизняний аналог 572ПА1), що розроблена фірмою Analog Devices у 1973 році і яка в даний час є, власне кажучи, промисловим стандартом (по ній виконані багато серійних моделей ЦАП). Зазначена схема наведена на рис. 4. Як ключі тут використовуються МДН-транзистори.

Рис. 4. Схема ЦАП з перемикачами та матрицею постійного імпедансу

У цій схемі задавання вагових коефіцієнтів ступеней перетворювача здійснюють за рахунок послідовного розподілу опорної напруги за допомогою резистивної матриці постійного імпедансу. Основний елемент такої матриці являє собою дільник напруги (рис. 5), який повинен задовольняти наступній умові: якщо він навантажений на опір Rн, то його вхідний опір Rвх також повинен приймати значення Rн. Коефіцієнт ослаблення кола =U2/U1 при цьому навантаженні повинен мати задане значення. При виконанні цих умов одержуємо наступні вирази для опорів:

(6)

При двійковому кодуванні =0,5. Якщо покласти Rн=2R, то

Rs=R та Rp=2R

(7)

відповідно до рис.4.

Оскільки в будь-якім положенні перемикачів Sk вони з'єднують нижні виводи резисторів із загальною шиною схеми, джерело опорної напруги навантажене на постійний вхідний опір Rвх=R. Це гарантує незмінність опорної напруги при будь-якому вхідному коді ЦАП.

Згідно рис. 4, вихідні струми схеми визначаються співвідношеннями

(8)

(9)

а вхідний струм

(10)

Оскільки нижні виводи резисторів 2R матриці при будь-якому положенні перемикачів Sk з'єднані з загальною шиною схеми через низький опір замкнутих ключів, напруги на ключах завжди невеликі, у межах декількох мілівольтів. Це спрощує побудову ключів та схем керування ними та дозволяє використовувати опорну напругу із широкого діапазону, у тому числі і різної полярності. Оскільки вихідний струм ЦАП залежить від Uоп лінійно (див. (8)), перетворювачі такого типу можна використовувати для множення аналогового сигналу (подаючи його на вхід опорної напруги) на цифровий код. Такі ЦАП називають перемножуючими (MDAC).

Точність цієї схеми знижує та обставина, що для ЦАП, які мають високу розрядність, необхідно погоджувати опори R0 ключів з розрядними струмами. Особливо це важливо для ключів старших розрядів. Наприклад, у 10-розрядному ЦАП AD7520 ключові МДН-транзистори шести старших розрядів зроблені різними по площі та їхній опір R0 наростає відповідно до двійкового коду (20, 40, 80, ... , 640 Ом). Таким способом зрівнюються (до 10 мв) спадання напруги на ключах перших шести розрядів, що забезпечує монотонність та лінійність перехідної характеристики ЦАП. 12-розрядний ЦАП 572ПА2 має диференційну нелінійність до 0,025% (1 МЗР).

ЦАП на МДН ключах мають відносно низьку швидкодію через велику вхідну ємність МДН-ключів. Той ж 572ПА2 має час установлення вихідного струму при зміні вхідного коду від 000...0 до 111...1, рівний 15 мкс.. 12-розрядний DAC7611 фірми Burr-Braun має час установлення вихідної напруги 10 мкс.. У той же час ЦАП на МДН-ключах мають мінімальну потужність споживання. Той ж DAC7611 споживає всього 2,5 мвт. Останнім часом з'явилися моделі ЦАП розглянутого вище типу з більш високою швидкодією. Так 12-розрядний AD7943 має час встановлення струму 0,6 мкс. та споживану потужність усього 25 мкВт. Мале власне споживання дозволяє живити такі мікропотужні ЦАП прямо від джерела опорної напруги. При цьому вони можуть навіть не мати виводу для підключення ДОН, наприклад, AD5321.

ЦАП на джерелах струму

ЦАП на джерелах струму мають більш високу точність. На відміну від попереднього варіанта, у якому вагові струми формуються резисторами порівняно невеликого опору та, як наслідок, залежать від опору ключів та навантаження, у даному випадку вагові струми забезпечуються транзисторними джерелами струму, які мають високий динамічний опір. Спрощена схема ЦАП на джерелах струму наведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема ЦАП на джерелах струму

Вагові струми формуються за допомогою резистивної матриці. Потенціали баз транзисторів однакові, а щоб були рівні та потенціали емітерів усіх транзисторів, площі їхніх емітерів роблять різними відповідно до вагових коефіцієнтів. Правий резистор матриці підключений не до загальної шини, як на схемі рис. 4, а до двох паралельно увімкнених однакових транзисторів VT0 та VTн, у результаті чого струм через VT0 дорівнює половині струму через VT1. Вхідна напруга для резистивної матриці створюється за допомогою опорного транзистора VTоп та операційного підсилювача ОП1, вихідна напруга якого встановлюється такою, щоб колекторний струм транзистора VTоп приймав значення Iоп. Вихідний струм для N-розрядного ЦАП.

(11)

Характерними прикладами ЦАП на перемикачах струму з біполярними транзисторами в якості ключів є 12-розрядний 594ПА1 з часом встановлення 3,5 мкс. та похибкою лінійності не більш 0,012% та 12-розрядний AD565, що має час встановлення 0,2 мкс. при такій ж похибці лінійності. Ще більш високою швидкодією володіє AD668, який має час встановлення 90 нс та ту ж похибку лінійності. З нових розробок можна відзначити 14-розрядний AD9764 з часом встановлення 35 нс та похибкою лінійності не більш 0,01%.

Як перемикачі струму Sk часто використовуються біполярні диференційні каскади, у яких транзистори працюють в активному режимі. Це дозволяє скоротити час встановлення до одиниць наносекунд. Схема перемикача струму на диференційних підсилювачах наведена на рис. 7.

Диференційні каскади VT1-VT3 та VT' 1-VT' 3 утворені зі стандартних ЕЗЛ вентилів. Струм Ik, що протікає через вивід колектора вихідного емітерного повторювача є вихідним струмом комірки. Якщо на цифровий вхід Dk подається напруга високого рівня, то транзистор VT3 відкривається, а транзистор VT' 3 закривається. Вихідний струм визначається виразом

Точність значно підвищується, якщо резистор Rе замінити джерелом постійного струму, як у схемі на рис. 6. Завдяки симетрії схеми існує можливість формування двох вихідних струмів - прямого та інверсного. Найбільш швидкодіючі моделі подібних ЦАП мають вхідні ЭЗЛ-рівні. Прикладом може служити 12-ти розрядний МАХ555, що має час встановлення 4 нс до рівня 0,1%. Оскільки вихідні сигнали таких ЦАП захоплюють радіочастотний діапазон, вони мають вихідний опір 50 чи 75 ом, яке повинне бути узгоджений із хвильовим опором кабелю, що підключається до виходу перетворювача

Формування вихідного сигналу у виді напруги

Існує кілька способів формування вихідної напруги для ЦАП з підсумовуванням вагових струмів. Два з них показані на рис. 8.

Рис. 8. Формування напруги за струмовим виходом ЦАП

На рис. 8а наведена схема з перетворювачем струму в напругу на операційному підсилювачі (ОП). Ця схема придатна для всіх ЦАП зі струмовим виходом. Оскільки плівкові резистори, що визначають вагові струми ЦАП мають значний температурний коефіцієнт опору, резистор зворотного зв'язку Rос варто виготовляти на кристалі ЦАП та в тому ж технологічному процесі, що переважно і робиться. Це дозволяє знизити температурну нестабільність перетворювача в 300...400разів.

Loading...

 
 

Цікаве