8 Вопрос Цифроаналоговые преобразователи цап. Применение цап.

В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока (рис. 12.1), имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.

Рис. 12.1. Микросхема ЦАП.

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение U_on (другое распространенное обозначение — U_ref). Выходным сигналом является напряжение U_вых (другое обозначение — U_o) или ток I_вых (другое обозначение — I_о). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Кроме информационных сигналов микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода. Обычно цифровые входы ЦАП обеспечивают совместимость со стандартными выходами микросхем ТТЛ.

В случае, когда ЦАП имеет токовый выход, его выходной ток обычно преобразуется в выходное напряжение с помощью внешнего операционного усилителя и встроенного в ЦАП резистора Roc, один из выводов которого выведен на внешний вывод микросхемы (рис. 12.2). Поэтому, если не оговорено иное мы будем в дальнейшем считать, что выходной сигнал ЦАП — напряжение U_O.

Рис. 12.2. Преобразование выходного тока ЦАП в выходное напряжение.

Суть преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый сигнал довольно проста. Она состоит в суммировании нескольких токов (по числу разрядов входного кода), каждый последующий из которых вдвое больше предыдущего. Для получения этих токов используются или транзисторные источники тока или резистивные матрицы, коммутируемые транзисторными ключами.

Микросхемы ЦАП, имеющиеся на рынке, различаются количеством разрядов (от 8 до 24), величиной задержки преобразования (от единиц наносекунд до единиц микросекунд), допустимой величиной опорного напряжения (обычно — единицы вольт), величинами погрешностей преобразования и другими параметрами. Различаются они также технологией изготовления и особенностями внутренней структуры, что нередко накладывает ограничения на их использование. Поэтому выбирать микросхему ЦАП для конкретного применения необходимо с использованием подробной справочной информации, предоставляемой фирмами-изготовителями. Мы же будем говорить только об общих принципах включения ЦАП в цифровые схемы без учета их частных особенностей.

Основное применение микросхем ЦАП состоит в получении аналогового сигнала из последовательности цифровых кодов (рис. 12.5). Как правило, коды подаются на входы ЦАП через параллельный регистр, что позволяет обеспечить одновременность изменения всех разрядов входного кода ЦАП. При неодновременном изменении разрядов входного кода на выходе ЦАП появляются большие короткие импульсы напряжения, уровни которых не соответствуют ни одному из кодов.

Рис. 12.5. Преобразование последовательности кодов в выходное напряжение.

Преобразование цифровых кодов в аналоговый сигнал — это не единственное применение микросхем ЦАП. Они могут также использоваться для управляемой обработки аналоговых сигналов, например для усиления и ослабления аналоговых сигналов в заданное число раз. Для этого лучше всего подходят умножающие ЦАП, которые допускают изменение уровня опорного напряжения в широких пределах, в том числе и с изменением его знака. Таких микросхем ЦАП выпускается сейчас достаточно много с разным быстродействием и с разным количеством разрядов входного кода.