7.6. Цифроаналоговые преобразователи

Преобразование цифровых величин в пропорциональные аналоговые величины необходимо для того, чтобы результаты цифровых вычислений могли быть использованы и без труда поняты в аналоговой системе. Обычно для цифроаналогового (ЦА) преобразования применяют две схемы: 1) суммирующий операционный усилитель с двоично-взвешенными резисторами на входе; 2) многозвенную цепочку резисторов с постоянными сопротивлениями с отводами, коммутируемыми в зависимости от преобразуемой цифровой величины.

7.6.1Цифроаналоговое преобразование

На Рисунок 7 .38 показана структурная схема ЦАП, который принимает 3-разрядное с дополнительным знаковым разрядом цифровое слово и преобразует его в эквивалентное напряжение. Основными узлами этого преобразователя являются запоминающий регистр, стабилизированный источник опорного напряжения и цифроаналоговый декодер, содержащий аналоговую цепочку прецизионных резисторов. В этом примере входное преобразуемое цифровое слово записывается в триггерный регистр. Каждый триггер управляет аналоговым ключом, который подсоединяет к соответствующему выводу резистивной цепочки напряжение опорного источника или «землю». В случае, когда в данном разряде единица, резистивная цепочка делит опорное напряжение таким образом, что образующееся на выходе ЦАП приращение напряжения пропорционально эквивалентному весу этого конкретного разряда. Как было показано, аналоговый ключ знакового разряда необходим, если только требуются положительное и отрицательное выходные напряжения. В случаях, когда требуемая точность крайне низкая, возможно управление выводами резистивной цепочки непосредственно от триггеров запоминающего регистра или входных проводов цифрового слова.

Рисунок 7.38 - Трех разрядный преобразователь с дополнительным знаковым разрядом

7.6.2Основные типы цап

Как упоминалось ранее, в настоящее время подавляющее большинство ЦАП, находящих сбыт, построены по двум основным схемам: в виде цепочки взвешенных резисторов и типа R—2R. Оба названия определяют тип резистивной многозвенной цепочки, используемой в преобразователе. Эти два вида резистивных цепочек наиболее хорошо описываются для случая ЦАП с выходом по напряжению, т. е. для случая, когда цифровой входной сигнал создает на выходе дискретный уровень напряжения.

7.6.2.1Цап со взвешенными резисторами

Преобразователи со взвешенными резисторами (Рисунок 7 .39) содержат источник опорного напряжения, набор ключей, набор двоично-взвешенных прецизионных резисторов и операционный усилитель. Каждый двоичный разряд входного цифрового слова управляет своим ключом. Если разрядная цифра двоичная «1» ключ замыкается. Если разрядная цифра двоичный «О», ключ остается разомкнутым. Когда ключ замыкается, опорное напряжение прикладывается к взвешенному резистору, соединенному последовательно с ключом, и ток течет в суммирующую шину. В тех случаях, когда в усилителе суммируются токи со всех плеч многозвенной цепочки взвешенных резисторов, выходное напряжение усилителя пропорционально общему току и, следовательно, величине цифрового входного кода.

Рисунок 7.39 - ЦАП, основанный на суммировании взвешенных токов