Цифро-аналоговые преобразователи с пт ключами
В качестве ключей для работы в ЦАП используются не все виды полевых транзисторов, а только (комплементарные) МОП-транзисторы, что объясняется бурным развитием цифровой логики на КМОП-элементах. Для повышения точности работы ЦАП с матрицей весовых резисторов (рис.3.4) и с лестничной матрицей R-2R (рис.3.6) необходимо, чтобы сопротивление замкнутого ключа было меньше самого наименьшего весового сопротивления. Это также относится и к разбросу этих сопротивлений от транзистора к транзистору - самый неприятный недостаток ПТ. Снизить сопротивление открытых КМОП - ключей можно увеличивая напряжение Uопор (см. рис.3.16).
Рис.3.16. Зависимость сопротивления открытых МОП-ключей для различных коммутируемых напряжений Ucc |
По изложенным выше причинам для Ц/А преобразования с высоким разрешением схема с лестничной матрицей R-2R предпочтительнее, чем преобразование с весовой матрицей. Пример использования МОП-ключей в ЦАП с матрицей R-2R показан на рис.3.17.
Рис.3.17. Фрагмент схемы ЦАП на МОП-ключах |
Промышленность выпускает несколько ЦАП по КМОП-технологии: КР572ПА1 (10р, 5мкс, 0,8%, 0,1Вт) и КР572ПА2 (12р, 15мкс, 0,1%, 0,4Вт). (Сравнить эти характеристики ЦАП с ПТ-ключами с аналогичными характеристиками ЦАП с БТ-ключами. Объяснить результаты сравнения).
Перемножающий цифро-аналоговый перемножитель
При разработке первых ЦАП с использованием КМОП-ключей технологам не удавалось разместить на одной подложке источник опорного напряжения и КМОП-структуры. Так по воле случая первые ЦАП с КМОП-ключами выпускались без источника опорного напряжения, для подачи которого в корпусе микросхемы предусматривался специальный вывод. Потребитель сам должен был изготавливать источник опорного напряжения.
Однако оказалось возможным использовать внешний вывод опорного напряжения для подачи переменного аналогового напряжения. Если входы ЦАП одновременно переменное аналоговое напряжение и переменный цифровой входной код, то можно получить своеобразный перемножитель цифрового сигнала с аналоговым. За первыми Ц/А преобразователями с КМОП-ключами закрепилось такое название: перемножающий ЦАП (ПЦАП).
Для всех (аналоговых) перемножителей принято указывать знаки каких сомножителей он учитывает или сколько квадрантов (четвертей) покрывает данный перемножитель. Не стали исключением в данном вопросе и ПЦАП. Двухквадрантным перемножителем является почти любой ПЦАП, т.к. ни что не мешает отвести СЗР под знак (т.е. использовать двухполярный сдвинутый цифровой код). Как указывалось выше, на КМОП-ключи можно подавать двухполярный сигнал. Это значит, что ПЦАП (на КМОП-ключах) задает результат перемножения в 4-х квадрантах, т.е. он может работать как четырехквадрантный перемножитель.
Для работы в качестве ПЦАП пригодны не все ЦАП, а лишь те, у которых обычные характеристики (скорость, точность преобразования) не зависят от величины опорного напряжения. В качестве ПЦАП можно использовать и ЦАП на БТ-ключах без внутреннего источника опорного напряжения. Но понятным причинам входной аналоговый сигнал может быть только однополярным, это значит ПЦАП на БТ-ключах будет двухквадрантным.
Одно из возможных применение ПЦАП - проведение логометрических измерений. Идея таких измерений заключается в том, чтобы их измерительная система работала с большей точностью, чем применяемый в ней источник опорного напряжения. Например, рассмотрим работу измерителя температуры. “Малостабильное” опорное напряжение подается одновременно на терморезистивный датчик и на аналогово-цифровой преобразователь, собранный с использованием ПЦАП (структура таких АЦП описана в следующей работе). В данном случае получаем своеобразный цифровой дифференциальный усилитель, игнорирующий колебания опорного генератора.
Более простым применением ПЦАП будет цифровой регулятор громкости.