Цифро-аналоговые преобразователи по методу деления напряжения

Для иллюстрации Ц/А преобразования по методу деления напряжения приведем достаточно простую схему, основанную на дереве ключей (дереве коммутаций). Схема приведена на рис.3.10. Для ее работы необходимо большое число одинаковых резисторов. Так для восьмиразрядного ЦАП необходимо 256 резисторов. Изготовление такого числа идентичных резисторов достаточно сложная задача, из-за чего такие схемы применяются редко.

Рис.3.10. ЦАП по методу деления напряжения

Особенности применения электронных ключей в резистивных матрицах цап

Использованные в выше приведенных схемах ключи рассматривались как идеальные механические переключатели. Однако реальные механические переключатели не могут обеспечить требуемую скорость переключений (плюс к тому они быстро изнашиваются). На практике в качестве переключателей используются электронные ключи, собранные на основе биполярных (БТ) или полевых (ПТ) транзисторов. Среди многочисленного семейства полевых транзисторов в качестве ключей максимально удобными являются МОП-транзисторы (вспомните, чем отличаются МОП транзисторы со встроенным и индуцированным каналами). Поэтому далее под полевыми транзисторами будем понимать, главным образом, полевые транзисторы с изолированным затвором. Проведем сравнительный анализ ключей, выполненных на БТ и ПТ, результаты которого нам потребуются позже.

Возможности электронных ключей при работе в аналоговых схемах

Почти полная изолированность затвора от канала (токи затвора измеряются пикоамперами), резистивный характер проводимости в обоих направлениях вплоть до 0 В являются бесспорным преимуществом ПТ по отношению к БТ. Напомним, что у биполярного транзистора база не только не изолирована от “канала” эмиттер-коллектор, но и “жестко” привязана к потенциалу эмиттера (в открытом состоянии). Диодная структура БТ ограничивает возможности протекания тока одим направлением. Из-за чего перечисленные выше достоинства ПТ, максимально сближают ключи на его основе с работой электромагнитных реле, точнее с их полной гальванической развязкой между цепями управления (реле) и нагрузки. Таким образом, ключи на ПТ пригодны для работ не только в цифровых, но и большом количестве аналоговых схем, где применение ключей на БТ просто невозможно (там же, где применение БТ-ключей возможно, схемы не так просты и элегантны, как в схемах с ПТ-ключами).

Примером такой схемы является КМОП-мультиплексор (К561КП1 и К561КП2), выходные цепи которого представляют просто матрицу электронных ключей, подключающих к своему одному выходу один из нескольких входных (из-за такой структуры указанные мультиплексоры часто называют коммутаторами или многопозиционными переключателями). Такая организация МОП-мультиплексора дает ему значительные преимущества по отношению к ТТЛ-мультиплексору - он способен переключать не только цифровые сигналы, но и аналоговые. Поэтому МОП-мультиплексор часто называют аналоговым мультиплексором. Из-за того, что сигнал может перемещаться как в прямом, так и в обратном направлениях, такой МОП-мультиплексор является одновременно и мультиплексором, и демультиплексором.

Аналоговые мультиплексоры получили широкое распространение в схемах, где нужно оцифровывать сигналы, поступающие от нескольких источников. В этом случае экономически более разумным будет использование одного аналогового мультиплексора и одного АЦП вместо параллельной работы нескольких АЦП. Специально для этих задач выпускаются микросхемы в “нецифровых” сериях КР543 (рМОП-технология), КР590, К591 (обе - КМОП), играющих роль аналоговые коммутаторов (указанные серии ориентированы на изготовление аналоговых ключей). Особенно много разновидностей коммутаторов в серии КР590 (КР590КН3 - сдвоенный коммутатор 4®1; КР590КН1 и КР590КН6 - коммутаторы 8®1). В серии К591 помимо обычных (параллельных) дешифраторов имеются последовательные (так называемые секвенсоры), которые по своей работе больше напоминают сдвиговые регистры. Примером такого секвенсора является микросхема К591КН1.

Недостатком ПТ является их слабая защищенность от статического или наведенного от силовых сетей электричества. Далее сравним другие особенности рассматриваемых транзисторов.