4.10. Полно-декодирующие цап (или строковые цап)

Схема полно-декодирующего ЦАП представлена на рис. 4.19.

Эта архитектура проста, имеет выход с изменяющимся напряжением и изначально обеспечивает монотонный выходной сигнал (даже если одно из сопротивлений равно нулю, выходне может превышать).

Рис. 4.19. Схема полно-декодирующего ЦАП.

Архитектура линейна, если все резисторы равны по величине, но может быть преднамеренно сделана нелинейной.

Так как в момент переключения работают только два ключа (один отключается, другой – включается) эта архитектура обладает малым уровнем помехи ().

При этом

Простейшая схема (см. рис. 4.20) может иметь и токовый выход с применением термокода (столбик термометра). При этом .

ЦАП с токовым выходом состоит из резисторов или источников тока, но подключаемых параллельно междуи виртуальной землей преобразователя(инверсный операционный усилитель). По мере увеличения кода параллельно включаются ключи, начиняя с младших разрядов. Структура изначально монотонна.

Рис. 4.20. Полно-декодирующий ЦАП с токовым выходом.

Существенным недостатком этих ЦАП являются большие аппаратурные затраты и потому как самостоятельные многоразрядные преобразователи не используются, но часто используются как компоненты ЦАП более сложной структуры.

Площадь под резисторы ,, где.

4.11. Сегментные цап

Наиболее популярными являются сегментные ЦАП (см. рис. 4.21), где часть выходного сигнала полно-декодирующего ЦАП вновь поступает на делитель. Данная структура используется потому, что полно-декодирующий ЦАП изначально монотонен, и если последующий делитель также монотонен, то монотонным является результирующий ЦАП.

В сегментных ЦАП с выходом по напряжению сигнал подается с одного из резисторов делителя Кельвина на новый делитель Кельвина – в этом случае полная структура известна как делитель Кельвина-Варлея – или на другой делитель (R-2R), или весовой делитель.

Недостатки:

- большой объем сопротивлений и ключей (шт.);

- малоразрядные.

Достоинства:

- монотонен;

- малый уровень помех;

- используется для построения сложных ЦАП;

- легкость настройки

, ,.

Рис. 4.21. Схема сегментного ЦАП.

4.12. Биполярные цап

Для преобразования биполярного кода в аналоговый однополярный сигнал, необходимо иметь дополнительный знаковый разряд. В биполярном преобразовании наиболее часто используются следующие двоичные коды:

- знак плюс модуль числа;

- двоичный код со смещением.

Рассмотрим указанные варианты.

1. Знак плюс модуль числа.

Биполярную работу ЦАП можно рассмотреть с помощью переключения разрядности опорного напряжения в зависимости от знака входного сигнала (см. рис. 4.22). Цифровой сигнал на входе ЦАП представлен кодом типа «знак плюс модуль числа». При этом ЦАП должен работать с разнополярными, т.е. быть умножающего типа.

Рис. 4.22. Биполярный ЦАП.

На ОУ1 собрана схема управляемого знаком кода аналогового инвертора.

Когда ключ замкнут, ОУ1 работает в режиме инвертора с коэффициентом передачи , когдаключ разомкнут, схема на ОУ1 имеет коэффициент передачи . Работойключа управляет знаковый разряд.

Если ЦАП работает только с одной полярности, то переключатель полярности выходного напряжения устанавливается на выходе ЦАП и схема приобретает вид показанный на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Биполярный ЦАП с одной полярности.

На операционном усилителе ОУ2 реализован инвертор, на ОУ3 – повторитель. Схема Ключ, управляемая знаковым разрядом, определяет, будет ли на входе выходного усилителя ОУ3 прямой сигнал или же прошедший через инвертор.

Повторитель на ОУ3 обеспечивает большое, несколько МОм, входное сопротивление, что обеспечивает минимальное влияние на выходное напряжение температурного ухода сопротивления ключа.

Схемы, реализующие метод «знак плюс модуль числа» имеют сдвоенный нуль, т.е. «+ нуль» и «- нуль», что является недостатком схемы. Переходная характеристика представлена на рис. 4.24.

Рис. 4.24. Переходная характеристика биполярного ЦАП.

2. Метод смещения нуля.

При этом методе применяют два варианта кода, а именно с дополнением до 2 и со смещением на полшкалы (см. табл. 4.3).

Таблица 4.3. Соответствие выходного сигнала входному коду.

Сигнал	Входной код		Выходной аналоговый сигнал
	С дополнением до 2	Со смещением на полшкалы
–	–	00000000
- полшкала	10000001	00000001
- ЕМР	11111111	01111111
Нуль	00000000	10000000	0
+ЕМР	00000001	10000001
+ полшкала	01111111	11111111

Коды отличаются цифрой в старшем знаковом разряде. Разрядность кода n включает и знаковый разряд.

На рисунке 4.25, слева представлена переходная характеристика в случае с дополнением до 2, а справа в случае со смещением на полшкалы.

В двоичном коде со смещением слово, в котором все разряды равны 0 (т.е. 00…00), соответствующее отрицательному значению полной шкалы, при вычислениях не используется. Однако этот код используется при настройке и контроле преобразователя.

Рис. 4.25. Переходная характеристика биполярного ЦАП.

Достоинством кода со смещением на полшкалы является то, что он хорошо согласован с входным и выходным сигналами ЦВМ, более удобный при вычислениях, чем «знак плюс модуль», и, к тому же, в нем нуль представлен только одной кодовой комбинацией.

Основным недостатком двоичного кода со смещением является существование главного перехода вблизи нуля (изменяются все разряды при переходе от 0111 к 1000). В динамическом режиме работа из-за разности скорости включения и выключения всех разрядов может приводить к значительным выбросам аналогового сигнала. В статическом режиме возникают погрешности линейности, т.к. они более вероятны в точках основных переходов.

Один из вариантов схемы со смещением (см. рис. 4.26) реализован в схеме ЦАП с сеткой резисторов комбинированного типа (594ПА1).

На схеме преобразователя через на вход выходного усилителяОУ2 подан ток смещения от на половину шкалы.

Схема применения ЦАП 594ПА1 показана на рис. 4.27.

Рис. 4.26. ЦАП 594ПА1.

Рис. 4.27. Биполярный ЦАП со смещением нуля.

Литература:

1. Балакай В. Г. и др. Интегральные схемы АЦП и ЦАП. Под ред. Лукьянова Л. М. Москва, Энергия, 1978

2. http://www.eltech.spb.ru/pdf/A_D/4.pdf

5. Аналогово-цифровые преобразователи

электрических сигналов (АЦП)