2.12. Типы ис цап

На рис.2.24 представлен вариант структурной схемы 12-разрядного ЦАП комбинированного типа [6].

Рис. 2.24. Структурная схема ИС ЦАП комбинированного типа

Токи старших разрядов здесь формируются с помощью ИТ со взвешенными резисторами, а младших – с помощью ИТ с матрицей R-2R. Схема содержит в своей структуре встроенный формирователь, в который включен каскад автоматической коррекции напряжения смещения U_REF на общей базовой шине ИТ, что осуществлено преобразованием исходного фиксированного опорного напряжения, поданного от входа 23 в усилителе охваченном петлей отрицательной обратной связи. С этой целью в структуру ЦАП включен каскад на транзисторе VT_Д и резисторе R_Д идентичный ИТ второго старшего разряда (R2, VT2). Указанный каскад по своей структуре, элементам и характеристикам полностью аналогичен ИТ ЦАП. Соответственно, напряжение отрицательной обратной связи отслеживает и компенсирует в ИТ ЦАП все изменения разрядных токов, обусловленные колебаниями температуры, величины напряжения источника питания, процессом старения элементов и влиянием других факторов.

Основой построения рассматриваемой схемы является параллельное подключение к общему выходу трех элементарных ЦАП. Через токовые ключи 1-4 разрядов к общему выходу подключен первый элементарный ЦАП (ИТ на VT1-VT4, R1-R4), преобразующий в выходной ток четыре старших разряда, а другие два элементарных ЦАП (ИТ на VT5-VT8, R5-R8 и ИТ на VT9-VT13, R9-R14) подключены к общему выходу через токовые ключи 5-8 разрядов и токовые ключи 9-12 разрядов. Взвешивание токов осуществляется в эмиттерных цепях транзисторов ИТ. Транзистор VT13 предназначен для реализации взвешивания (активный делитель) тока младшего разряда. Токи младших (5-12) разрядов также поступают на общий выход через пассивные делители. Схема с делителями на выходе позволяет резко уменьшить диапазон значений сопротивлений, применяемых в ИТ.

Резисторы R19, R20, R21 используются для образования внешней отрицательной обратной связи при подключении к выходу ОУ. (режим с выходом по напряжению) и получения на выходе биполярного сигнала.

Схема сдвига уровней обеспечивает режим работы токовых ключей рассмотренного варианта ЦАП.

Подавление продуктов дискретизации на выходе ЦАП может осуществляться интегрированием. Лучший результат дает включение специального фильтра низких частот, обеспечивающего максимальное затухание на частоте преобразования и на гармониках частоты преобразования 7.

Относительная простота схем ЦАП позволила различным фирмам создать в настоящее время значительное количество приборов, обеспечивающих различные варианты быстродействия, числа разрядов и энергопотребления. Например, ИС ЦАП DAC 650 фирмы Bur Brown обеспечивает 12-разрядное преобразование с частотой тактирования до 500 МГц. Несколько менее быстродействующим при том же числе разрядов является прибор AD 9762 фирмы Analog Devices (100 МГц), отличаясь в то же время преимуществом по энергопотреблению 175мВт (источник питания 5В) или 45мВт (источник питания 3В).

Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняют АЦП и ЦАП ?

2. Чему равна частота дискретизации для ТВ сигнала?

3. Как определяется частота дискретизации для ТВ сигнала?

4. Какие типы АЦП вы знаете?

5. Зачем перед АЦП необходимо ставить ФНЧ?

6. Какие искажения возникают на изображении при отсутствии ФНЧ?

7. Как определить число уровней квантования при АЦП ТВ сигнала?

Глава 3

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЛОКОВ АЦП-ЦАП

3.1. Составление принципиальной схемы АЦП-ЦАП

Electronics Work Bench v5.12 (EWB). EWB – программа, реализующая имитацию работы электронных схем. Данная программа позволяет использовать уже полностью готовые элементы, как, например, АЦП, ЦАП, генераторы, источники питания.

Моделирование будем делать только тех блоков, которые отражают суть процесса цифрового преобразования ТВ сигнала.

Выберем схему АЦП (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принципиальная схема АЦП EWB

Назначение выводов приведены в таблице 3.1.

Исследуемый аналоговый сигнал поступает на VIN.

В качестве источника аналогового сигнала возьмем формирователь пилообразных сигналов (рис. 3.2):

Таблица 3.1- Назначение выводов АЦП EWB

Выводы	Пояснение
D0 – D7	Цифровые выходы
EOC	Индикатор работы схемы
OE	Сигнал синхронизации
SOC	Вход тактовых импульсов
VREF-, VREF+	Питание АЦП
VIN	Вход исследуемого сигнала

Рис. 3.2. Многофункциональный генератор

Параметры данного генератора:

- частота исследуемого аналогового сигнала 500 Гц;

- длительность прямого хода 91%;

- амплитуда сигнала 5В;

- форма сигнала пилообразная.

Выбор параметров исследуемого сигнала обусловлен удобством наблюдения сигнала и его этапов преобразования.

На вход SOC подаются тактовые импульсы от генератора.

Выбираем генератор прямоугольных импульсов (рис. 3.3) с параметрами:

- частота тактовых импульсов 20 кГц;

С учетом длительности обратного хода 9% и теоремы Котельникова, частота тактовых импульсов должна быть равна 20кГц.

- длительность прямого хода 50%;

- амплитуда импульсов 5В.

Рис. 3.3. Генератор тактовых импульсов

Для источника питания (ИП) АЦП также берем готовую схему.

Напряжение, необходимое для нормальной работы АЦП, обусловлено требуемой амплитудой преобразуемого сигнала, т. е. напряжение выбираем 10В.

Схема ИП представлена на рисунке 3.4.

Рис. 3.4. Источник питания

Аналогично предыдущим элементам выбираем ЦАП (рис. 3.5):

Рис. 3.5. Цифро-аналоговый преобразователь

Питание ЦАП осуществляется от того же источника, что и АЦП, но через делитель напряжения, в качестве которого используем резистор 5кОм.

После ЦАП ставим операционный усилитель (рис. 3.6):

Рис. 3.6. Операционный усилитель

На выходе схемы АЦП-ЦАП ставим ФНЧ с частотой среза 0,5кГц (рис. 3.7):

Рис. 3.7. ФНЧ с частотой среза 500 Гц

Аналогичный фильтр поставим на входе.

Для наблюдения за этапами преобразованиями аналогового сигнала используем логический анализатор и осциллограф (рис. 3.8 и 3.9).

Рис. 3.8. Логический анализатор

Рис. 3.9. Осциллограф

Полная принципиальная схема преобразователя АЦП-ЦАП представлена на рисунке 3.10.

Рис. 3.10. Принципиальная схема преобразователя АЦП-ЦАП (Д1)