Для экзамена / шпоры2

ЦАП с весовыми резисторами

ЦАП с СР R-2R и одним эталонным источником напряжения

Схема обращенного ЦАП (весовые)

2

n 1

R

CP

(весовые)

Увеличение быстродействия ЦАП R 2R достигается в схеме

Принцип работы. Если в i-ом разряде код 1, то есть

, то

UЭ

обращённого ЦАП, использующего токовые ключи (по сравнению с

ключ

подключает точку

к

, если код

, то точка

ключами напряжения). Схема имеет вид представленный на рис.

R

2R

ROC

подключается к потенциалу земли – «0». Далее ток от точки

, пройдя

4.4.

Kл

Kл2

Kлn

делитель, поступает на вход ОУ.

а1

а2

а3

аn

Roc

1

Roc

Ua

ОУ

2R

N1

R N2

R

N3

R N4

R

N5

2R

К1

К2

К3

Кn

a1

a2

an

U A

ОУ

2R

2R

2R

2R

2R

2R

2R

2R

M1

M 2

M3

M 4

M5

2R

схема ЦАП, которая состоит из интегральных схем резистивной

2R

R

R

R

2R

сетки (СР), аналоговых ключей на полевых транзисторах и

К1

К2

К3

К4

К5

UЭТ

операционного усилителя ОУ. Разрядные токи

UЭТ

определяются весовыми резисторами СР и источником

CP

эталонного напряжения ИОН. Суммирование токов

Токи ветвей СР постоянны по значению и по направлению и не

осуществляется ОУ, имеющим близкое к нулю входное

а1

а4

сопротивление суммирования. На инвертирующем входе

а2

а3

а5

зависят от

, поэтому увеличение сопротивлений резисторов СР не

ОУ потенциал «квазинуля». Сопротивление резисторов в

уменьшает быстродействия схемы. Ключи обращенного ЦАП

цепях разрядов изменяются по закону

. При

Недостатком ЦАП с R-2R является трудность подгонки резисторов СР, в

ключ

открыт, и ток от источника эталонного

особенности резисторов R . При этом необходимо учитывать

работают в режиме переключателей токов и поэтому обладают

напряжения

через соответствующий резистор

повышенным быстродействием. Отношение тока старшего разряда

сопротивление замкнутых ключей, которые включены последовательно c

подается на вход ОУ..

При

ключ

замкнут на землю и

ток в

2R

к току младшего разряда

Основным достоинством

образовании суммарного входного тока ОУ не участвует.

Другим недостатком ЦАП c R-2R является то, что при переключении

указанного ЦАП является то, что общее сопротивление матрицы СР

Таким образом, ток, втекающий в суммирующую точку ОУ,

ключей токи в резисторах СР меняют направления и необходимо время на

зависит от значения входного кода и определяется

будет равно

(

)

(

)

выражением

перезаряд паразитных емкостей СР с одного уровня на другой. Повысить

Примечание – для ЦАП с весовыми резисторами

(

)

∑

∑

быстродействие можно путем уменьшения сопротивлений резисторов, но

Для n=10 выигрыш в площади составляет

это приведет к увеличению нагрузочного тока эталонного источника, а

(

)

(

)

Операционный усилитель преобразует ток

в выходное

также к увеличению влияния на точность преобразователя остаточных

(

)

(

)

напряжение, при этом с помощью резистора обратной

параметров ключей

связи

производится требуемое масштабирование

выходного напряжения

Источниками погрешностей

в ЦАП с весовыми резисторами является ОУ , источник

опорного напряжения (ИОН), СР и ключи

ЦАП с СР R-2R и источниками равных токов в разрядах

ЦАП с сеткой резисторов комбинированного типа

Схема замещения ЦАП с источником равных токов.

Погрешности, связанные с различием разрядных токов, устраняются в ЦАП с

Результаты анализа рассмотренных ЦАП можно свести в

источниками равных токов в разрядах.

таблицу 4.1, в которой представлены наиболее критичные

2

R

2R

2R

2R

2R

2R

3 I

N2

R

Уменьшение диапазона сопротивлений резисторов достигается при

N12

1

1

1

N1

параметры.

3 I

3 I

3 I

2 I

использовании СР типа R-2R.

3

Параметры ЦАП.

Roc

I0

I0

I0

Кол

R

2R

2R

2R

2R

Для узла N12

и-

Для узла N2

Для узла N1

N2

N1

Суммарн

N12

чест

ое

Rmax

Imax

во

R

R

R

R

R

R

U А

Тип ЦАП

При-

ОУ2

рез

сопр-е

Rmin

Imin

мечания

Действительно, если представить схему

R

исто

замещения в виде рис. 4.6. получается, что для

KTk

KT12

KT2

KT1

ров

любого источника

.

UЭТ

Rвх

U0 4.4B

С весовыми

2n 1 R

n 1

Рассмотрим принцип работы схемы.

VTk

VT12

VT2

VT1

резисторами

n

2n 1

2

Простота

ОУ1

настройки

При ai 1 открывается ключ KTi и в

Uбэ

R-2R с

n

RЭ

RЭ

RЭ

RЭ

RЭ

RЭ

~ 2

2

матрицу в точку Ni поступает ток, определяемый

15B

одним

U A

3R n 1

2n

1

Трудная

2

n 1

2

настройка

U 0 и RЭ .

а

а

а

а

12

11

2

1

(обр)

Определим разрядные тока, поступающие

Код N

R-2R с

3R n 1

Легко

на вход ОУ2 .

Преобразователь включает в себя источники равных токов VTi

с транзисторными

равными

1

2

подстраиват

переключателями тока KT1 KT12 , компенсационную схему слежения на ОУ1

ист. тока

ь

Для старшего разряда, т.е.

и

N 100...0 открыт ключ KT1 , остальные

транзисторе VTk , выходной усилитель ОУ2 , матрицу R-2R, источник опорного

Наилучшим типом ЦАП является такой, у которого

2 . Для a

напряжения.

R минимально, т.к. это позволяет построить сетку

ключи закрыты. I

I

2

1, т.е.

Токи в разрядах определяются базовым напряжением U 0 транзисторов

резисторов минимальных размеров и, как следствие,

1

0 3

N 0100...0 , открыт ключ KT2 –

токовых ключей и их эмиттерными сопротивлениями Rэ .

высокой точности. Кроме того, необходимо иметь и

минимальное количество резисторов, т.к. это уменьшает

1

Базы всех транзисторов соединены, транзисторы выполнены на одной

I2 I0

количество контактных площадок, т.е. тоже уменьшает

3 . Для a3 1, т.е.

подложке. Эмиттерные сопротивления одинаковы и равны Rэ .

габариты СР.

N 00100...0 , открыт ключ KT3 –

I3

I0

1

1 .

3

2

ЦАП комбинированного типа

ЦАП с коммутируемыми конденсаторами

сочетающий лучшие стороны перечисленных ЦАП, а именно – каскадное включение четырехразрядных ЦАП с СР весового типа

(ЦАП с конденсаторами с перераспределением зарядов)

Каскадное включение четырехразрядных ЦАП с СР весового типа.

Простой 4-х разрядный ЦАП представлен на рис. 4.10.

Схема состоит из отдельных четырехразрядных ЦАП с СР весового типа, которые включаются каскадно через токовые ослабители

с коэффициентом ослабления, равным 16. При этом

Sс

∑

,

∑

,

,

∑

∑

U ВЫХ

C1

C2

C3

C4

Cдоп

ОУ

В каждой секции резисторы выполнены по весовому типу и отличаются друг от друга максимум в 8 раз, что выполнимо

средствами интегральной технологии.

S1

S 2

S3

S 4

Sдоп

I2

ROC

U A

R

15R

I1

I

a

a

a

a

4

a

ДОП

1

2

3

ОУ

N

Схема состоит из 4х конденсаторов C1, C2, C3, C4 взвешенных по двоичному закону, т.е. в общем виде

8R

4R

2R

R

8R

4R

2R

R

при n-разрядном ЦАП i-й разряд имеет емкость:

. Также в схеме имеется

дополнительный конденсатор, емкость которого равна емкости конденсатора младшего разряда т.е.

Преобразователь имеет n аналоговых разрядных переключателей S1…S4, дополнительно

переключатель

, и переключатель

-определяющий режим работы ЦАП. Для выдачи напряжения

U A

, , пропорционального коду

используется операционный усилитель ОУ.

a

a6

a

a

a2

a

Работа схемы осуществляется в 2 этапа: 1.Ключ

замыкается на землю, т.е. закорачивается на землю

a

7

a

вход ОУ. На ключи S1…S4 подается код, при этом, если в i-м разряде код 1, то

конденсатор

8

5

4

3

1

N

подключается к напряжению

, если

, то

конденсатор подключается к «земле». Таким

образом на конденсаторах

будет заряд

. Дополнительный конденсатор нижним

выводом всегда подключен к «земле», т.к.

всегда. 2.Размыкается ключ

и все разрядные

ключи S1…S4 замыкаются на землю, т.е. все конденсаторы соединяются параллельно. При этом общий

суммарный заряд конденсаторов будет составлять

∑

∑

∑

. При этом напряжение на конденсаторах, а

следовательно, на входе ОУ будет

, где:

∑

(

)