4.4. Цап с ср r-2r и источниками равных токов в разрядах

Погрешности, связанные с различием разрядных токов, устраняются в ЦАП с источниками равных токов в разрядах.

Уменьшение диапазона сопротивлений резисторов достигается при использовании СР типа R-2R.

На рис. 4.5 представлена схема преобразователя.

Рис. 4.5. ЦАП с источниками равных токов в разрядах.

Преобразователь включает в себя источники равных токов с транзисторными переключателями тока, компенсационную схему слежения наи транзисторе, выходной усилитель, матрицуR-2R, источник опорного напряжения.

Токи в разрядах определяются базовым напряжением транзисторов токовых ключей и их эмиттерными сопротивлениями.

Базы всех транзисторов соединены, транзисторы выполнены на одной подложке. Эмиттерные сопротивления одинаковы и равны .

Действительно, если представить схему замещения в виде рис. 4.6. получается, что для любого источника .

Рис. 4.6. Схема замещения ЦАП с источником равных токов.

Рассмотрим принцип работы схемы.

При открывается ключи в матрицу в точкупоступает ток, определяемыйи.

Определим разрядные тока, поступающие на вход .

Для старшего разряда, т.е. открыт ключ, остальные ключи закрыты.. Для, т.е., открыт ключ–. Для, т.е., открыт ключ–.

Итак в общем виде можно записать:

; ;; …; ….

Так как схема линейна, к ней применим принцип суперпозиции:

.

Выходное напряжение преобразователя определиться как

.

Определим погрешности для ЦАП с источниками равных токов в разрядах.

1. Приведённая погрешность ЦАП определяется выражением

.

Посмотрим, как определяется ток разряда , и от каких параметров он зависит.

.

Из формулы видно, что разрядный ток зависит не только от и, которые можно выдержать с достаточной степенью точности, но и от. Известно, что для кремниевых транзисторови имеет температурный дрейф.

,

где – постоянная Больцмана,– абсолютная температура,– заряд электрона,– диффузионный ток утечки перехода,– ток рабочего перехода.

Отсюда становится ясно, что удержать с заданной точностью в широком диапазоне температур простыми способами не удается. Для удержания токав заданных приделах применяется схема компенсации.

Схема компенсации строится следующим способом. На одной подложке за один технологический цикл изготавливаются все транзисторы ключей, плюс один компенсационный. В эмиттерах всех транзисторов установлены равные и изготовленные за один технологический цикл . Базы всех транзисторов объединены.

Компенсационный транзистор устанавливается в цепь обратной связи . Ток, протекающий через компенсационный транзистор, должен быть равен. На выходеустановится такое напряжение, чтобы входной ток был равен току цепи обратной связи, то есть току через. Таким образом, изменениетранзисторане скажется на токе, протекающем через. Так как базовые напряжения всех транзисторов равны, а транзисторы идентичны, что независимо от температуры разрядные токи будут равны между собой и постоянно равны

2. В связи с тем, что наибольший вес имеет старший разряд, то его погрешность также имеет наибольший вес.

В ЦАП с равными источниками токов в разрядах допустимы небольшие отклонения сопротивлений резисторов от их номинальных значений, так как они могут быть скомпенсированы соответствующей регулировкой источников разрядных токов. Регулировка осуществляется следующим образом. Первоначально устанавливается выходное напряжение, соответствующее нулевому коду, путем подстройки баланса . Далее последовательно открывая ключ каждого разряда, подстраивают соответствующий токозадающий резистор, в источнике тока таким образом, чтобы на выходе ЦАП было напряжение.

3. Быстродействие ЦАП достаточно высоко, так как R-2R могут быть выбраны достаточно малыми, а включение транзисторов ключей по схеме с общей базой повышает быстродействие ЦАП

4. Суммарное сопротивление составляет .

Примером выполнения ЦАП по схеме сетки резисторов R-2R и источниками равных токов является ЦАП типа К1118ПН2 с иразрядов.

Схема имеет вид представленный на рис. 4.7.

Рис. 4.7. ЦАП типа К1118ПН2.

Токи восьми младших разрядов (с 3 по 10) формируются методом деления равных токов ИТ(источников токов) матрицей R-2R. Токи ИТ первого (старшего) и второго разрядов подаются прямо на вход преобразователя, их значения в 4 и 2 раза соответственно больше, чем токи ИТ остальных разрядов. Эти токи получены параллельным включением 4 и 2 ИТ, идентичных остальным разрядам. Взвешивание разрядных токов параллельным включением одинаковых ИТ и ТК(тактовых ключей) позволяет исключить влияние геометрии транзисторов и резисторов, а также технологический разброс этих компонентов на точность ЦАП.

Такая структура дает минимальное количество резисторов и число эмиттеров (транзисторов).

Недостатком такой схемы с выходной матрицей R-2R является большая рассеиваемая мощность. Для её уменьшения выходные токи старших разрядов формируются за счёт параллельного включения источников тока, что позволяет уменьшать потребляемую мощность матрицы в 3-4 раза.