4.5. Цап с сеткой резисторов комбинированного типа

Результаты анализа рассмотренных ЦАП можно свести в таблицу 4.1, в которой представлены наиболее критичные параметры.

Таблица 4.1. Параметры ЦАП.

Тип ЦАП	Количество резисторов	Суммарное сопр-е			Примечания
С весовыми резисторами	n				Простота настройки
R-2R с одним			2	(обр)	Трудная настройка
R-2R с равными ист. тока			2	1	Легко подстраивать

Наилучшим типом ЦАП является такой, у которого минимально, т.к. это позволяет построить сетку резисторов минимальных размеров и, как следствие, высокой точности. Кроме того, необходимо иметь и минимальное количество резисторов, т.к. это уменьшает количество контактных площадок, т.е. тоже уменьшает габариты СР.

Известно, что средствами интегральной технологии монолитных ИС достижимо отношение сопротивлений (без заметных трудностей) . Кроме того, необходимо иметь отношение, т.к. при этом уменьшается влияние аналоговых ключей на точность ЦАП. При всем этом ЦАП должен легко настраиваться при изготовлении.

Из всего выше сказанного, в практике проектирования и изготовления прецизионных ЦАП (12…16 двоичных разрядов), нашел способ построения ЦАП комбинированного типа, сочетающий лучшие стороны перечисленных ЦАП, а именно – каскадное включение четырехразрядных ЦАП с СР весового типа (см. рис. 4.8).

Рис. 4.8. Каскадное включение четырехразрядных ЦАП

с СР весового типа.

Схема состоит из отдельных четырехразрядных ЦАП с СР весового типа, которые включаются каскадно через токовые ослабители с коэффициентом ослабления, равным 16. При этом

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

Кроме того, секция четырехразрядная, при этом для ЦАП с весовыми сопротивлениями и ЦАП с СРсуммарные сопротивления равны, но количество сопротивлений минимально и равно 4.

Одной из проблем создания высокоточных ЦАП (16 двоичных разрядов) является создание высокостабильных ключей, т.к. ключ старшего разряда должен обеспечивать точность . Для этого необходимо, чтобы четверка ключей в секции удовлетворяла по точности, предъявляемой к ЦАП (16 двоичных разрядов).

Известно, что наибольшим быстродействием обладают ключи на биполярных транзисторах (БПТ). Среди параметров, которые необходимо согласовывать во всем диапазоне температур, являются напряжение база эмиттер , коэффициент усиления.

Проблема заключается в том, что исильно зависят от эмиттерного тока, а токи разрядов в секции различны до 8 крат.

Монолитная конструкция четверки переключателей не только закладывает основу для точного начального согласования иотдельных приборов, но и предоставляет возможность размещения дополнительных транзисторов.

Один переключающий транзистор оперирует с током младшего разряда , в следующем, большем по значению разряде используются два параллельно включенных транзистора, которые делят между собой ток поровну и т.д. В результате, удается достигнуть одинакового значения тока, протекающего через транзисторы разных разрядов.

Источники разрядных токов и ТК (токовые ключи) построены по широко применяемой схеме.

Источник разрядного тока построен на схеме VT3, включенном по схеме с общей базой и прецизионным резистором .

Выходной ток определяется напряжением между базойVT3 и шиной питания . Разрядный ток коммутируется, построенном на дифференциальной пареVT1 и VT2. Эмиттеры этих транзисторов объединены и питаются разрядным током . Ключ управляется парафазным кодом. При открытомVT1 ток поступает в матрицу, при открытом VT2 – на землю.

Во время переключения напряжение в точке соединения эмиттеров не изменяется, что позволяет избежать перезаряда емкости и повысить быстродействие. Однако обеспечение идентичности токов само по себе не является достаточным условием, т.к. напряжение имеет температурный коэффициент. Выход дает возможность установки дополнительного транзистора с током, который регулирует выход одного из внешних источников напряжения, чаще источника базового напряжения. Такая регулировка имеет целью поддерживать заданное значение взвешенных токов вне зависимости от величини.

Схема старшей секции, подключенной к ОУ представлена на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схема старшей секции ЦАП, подключенной к ОУ.

На той же подложке, что и все ключи, расположен компенсационный транзистор VT_K, идентичный по своим параметрам токовому переключателю в МР. Этот транзистор действует, как встроенный датчик отклонения иот их номинальных значений. Отпоступает на входОУ1 входной ток, равный . Если ток обратной связи, снимаемый сVT_K не равен , тоОУ1 изменит свое выходное напряжение и, следовательно, базовые напряжения всех ключей так, чтобы ток через VT_K, а, следовательно, и всех остальных переключателей, стал и кратной им.

Поскольку VT_K и переключатели тока находятся в одних тепловых условиях и по ним протекает одинаковый ток, то уход параметров икомпенсируется базовым смещением, а, следовательно, и всей четверки ключей.

Настройка отдельных 4-х разрядных секций довольно проста при помощи подгонки весовых резисторов. Настроенные секции легко агрегатируются в ЦАП до 16-ти разрядов включительно.