2.6.2 Цап (цифроаналоговые преобразователи): применение, принцип действия

ЦАП подразделяются:

• механические (выходной сигнал – перемещение, скорость и т.д.)

• электрические (выходной сигнал – I,U, временной интервал)

ЦАП широко применяются:

• системы цифровой связи, телеизмерений (модемы, активные и цифровые фильтры), системы распределения аналоговых сигналов.

• испытательной и измерительной технике (цифровые измерительные приборы, программируемые источники питания).

Цифровая информация представляется цифровым кодом (как правило, двоичным): напряжение высокого уровня , напряжение низкого уровня .

Цифровой код может быть:

• последовательным (уровни напряжения , передаются по одной линии)

• параллельным (все уровни напряжения передаются одновременно)

1101- цифровой код (четырёхразрядный)

Крайний лева разряд называется старшим разрядом (СР). Крайний правый – младший разряд. Числовой эквивалент может быть определён, если известна система кодирования. В ЦАП распространение получили двоичные и двоично-десятичные коды. Коды бывают прямые и обратные (получаются инвертированием всех разрядов). Число разрядов – это двоичные логарифмы максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП. Число разрядов – наиболее общая характеристика ИМС.

ЦАП бывают 3 групп: с суммированием токов, с суммированием напряжения, с делением напряжений. Наибольшее распространение получили большие интегральные схемы (БИС) с суммированием токов; эти ЦАП делятся, в свою очередь, на 2 типа:

• с использованием взвешенных резисторов;

• с использование мгновенной цепочки резисторов R-2R.

Принцип действия ЦАП основывается на том, что любое двоичное число можно представить в виде суммы степеней числа 2:

Поэтому для преобразования двоичных чисел в аналоговую величину необходимо каждой единице числа поставит в соответствие аналоговую величину со своим весом, соответствующим разряду данной цифры, а затем произвести суммирование этих величин.

2.6.3 Схема четырёхразрядного цап на основе двоично-взвешенных резисторов

Рисунок 2.47Cхема четырёхразрядного ЦАП на основе

Двоично-взвешённых резисторов

Схема состоит из матрицы двоично-взвешенных резисторов, переключателей на каждый разряд, которые управляются цифровыми сигналами, входного (опорного) напряжения и суммирующего усилителя на базе ОУ в инверсном включении.

Сопротивление резисторов отличается в 2 раза при переходе к соседнему биту. На цифровые входы ЦАП подаётся двоичный N – разрядный сигнал. Каждый i-ый цифровой сигнал управляет i-ым переключателем, обеспечивая подключение любого R либо к общей шине, либо к источник входного напряжения. Если все переключатели замкнуты на общий провод, то входное напряжение в точке суммирования (точка 0) равно нулю (строка 1).

Предположим, что переключателиВ, С, D закорочены на (“землю”), и входной код передаётся через переключательА младшего разряда, и в этой цепи протекает ток . Таким образом, резистивная схема формирует двоично-взвешенные токи, которые алгебраически суммируются с , поступающим на вход операционного усилителя (ОУ). Через цепь обратной связи. будет пропорционально весовому значению поступающего на ЦАП двоичного кода цифрового сигнала.

В качестве можно использовать любое, не превышающее операционного усилителя (ОУ). В качестве переключателей используются ключи на биполярных и полевых транзисторах.

Рассмотренный ЦАП имеет недостатки:

• использование резисторов с широким диапазоном сопротивлений, что затрудняет согласование их температурный коэффициент .

• невысокая точность преобразования.

Эти недостатки можно преодолеть в преобразовании «лестничного» типа, где используются резистивные матрицы типа R-2R.