14. Матрицы резисторов типа r-2r, структура, способы включения. Основные свойства, достоин­ства и недостатки.

Резистивной матрицей называется соединение прецизионных резисторов в определенной последовательности, формирующей заранее заданные свойства., необходимые для деления опорных напряжений по определенным правилам. В простейшем случае является соединением резисторов в матрицу с номиналами, соответствующими определенным кодам, например, тетрадно-десятичный код 8-4-2-1.

Все эти типы матриц имеют свои достоинства и недостатки, главный из которых-большое сопротивление резисторов, которые нужно изготовить с высокой точностью Технологически это сложно. Такие матрицы дорогие, и больше чем на 12 разрядов не делаются: не может быть получено значение дифференциальной нелинейности характеристики преобразования (ХП) ЦАП на их основе ниже определенного значения.

Матрицы R-2R получили особенно большое распространение и используются примерно в 96% всех видов выпускаемых ЦАП.

Дискретно в гибридном виде эти матрицы имеют следующий вид:

Матрицы типа R-2R, начиная с количества звеньев , равного 8, представляют собой лестничную цепь равноволнового сопротивления R_S. Кажущиеся сопротивления налево и направо от узла L равно 2 R_S, поэтому, если резистивную матрицу использовать в прямом или обратном включении, то в каждом узле осуществляется деление двоичного тока с высокой точностью.

В итоге получаем прецизионный делитель тока, который можно использовать как весовые токи разрядов. Последнее звено лестничной цепи должно иметь замыкающий на землю резистор.

Прямое включение резистивной матрицы

Uвых =Uоп-h

Существенно увеличить быстродействие на основе такой матрицы можно, используя инверсное включение:

При таком вкл-и собственные емкости матрицы уменьш-ся примерно в 3-5 раз, но нелинейность ХП получится заметно выше (в 2-3 раза)

Матрица имеет следующие преимущества:

1. Матрица имеет только 2 номинала : R и 2R, которые очень легко выполнить технологически, при этом удается соотношение R/2R выполнить с погрешностью не более чем 0,0001% с помощью лазерной подгонки. Резисторы получаются при этом, независимо от технологий, с хорошим рассогласованием (в широком диапазоне температур).

2. Если есть всего 2 номинала, то это существенно удешевляет процесс

3. Для ИОН, подключенного к матрице в прямом включении, потр. ток остается постоянным независимо от входного кода ( свойство взаимодополнения).В итоге создаются условия для работы ИОН.

Во всех типах Iоп меняется при изменении входного кода,что ведет к появлению дополнительных погрешностей. Стабильность Iоп особенно существенна при использовании высокоразрядных структур.

4. Соотношение R/2R может иметь разные составляющие по номиналу ( допуск базового номинала R равен50%), что также резко удешевляет технологический процесс.

5. Матрицу R-2R можно использовать в структурах до 16-17 разрядов, на старшие разряды ставят весовые резисторы, на младшие- матрицу R-2R.

15. Цифровые (кодоуправляемые) делители напряжения (на пр. Цап).

Рассмотрим способ цифрового деления напряжения с помощью ЦАП. Если на вход опорного напряжения подать напряжение которое нам нужно разделить, то в зависимости от комбинации на входах ЦАП, на его выходе можно получить следующее напряжение U_ВЫХ.=U_ОП.*∑2^-i*a_i

Этот способ позволяет получить довольно широкий диапазон коэффициентов деления, но не позволяет получать сигналы большие U_ОП. Поэтому более интересна схема, где ЦАП имеет токовый выход.

В кач-ве цифр-го дел-ля напр-я можно расс-ть ЦАП с токовым вых-м К572ПА1. Схема вкл-я в режиме 2-квадрантного умн-я имеет вид:

Знач-я токов I⁺ и I^-.

;

где R базовый номинал резист-й матрицы, a_i- знач-е 2-чного кода на i-м входе ЦАП, - инверсное значение двоичного кода на i-м входе ЦАП. Таким образом токи I⁺ и I^- являются взаимодополняющими.

Резистор R_ос определяет значение коэффициента преобразования выходного тока I⁺ в напряжение и возможное значение напряжения в конечной точке шкалы ЦАП. В общем случае ,(*) где i – текущий номер разряда,a_i- значение двоичного кода на i-м разряде, К_А- коэффициент пропорциональности.

Т.о. получили цифровой делитель оп-го напр-я с макс-м выходным напр-ем (при всех a_i =1) равным

Из формулы (*) видно что подбирая номиналы резистора R можно получить множительный коэффициент больше 1.