Умножающий цап к572па1

Микросхема К572ПА1 (структурная схема представлена на рис. 12) представляет собой десятиразрядный ЦАП, на базе которого можно реализовать схемы двух или четырех квадрантного умножения цифрового кода на напряжение постоянного тока. Для построения ЦАП на ее основе необходимы внешний источник опорного напряжения (ИОН) и ОУ.

Микросхема содержит десять двухполярных КМОП-ключей, инверсно включенную 10-разрядную резистивную матрицу R–2Rи резистор обратной связиR_ос =R. Базовый номиналR-матрицы выбран равным 10 кОм, однако его абсолютная величина может отличаться от микросхемы к микросхеме на 50% (5….20 кОм).

Резисторы схемы напыляются на поверхность кристалла с готовыми КМОП-структурами. Удельное сопротивление резисторов из материала SiCrравно 2 кОм/нм, т.е. резистор 10 кОм имеет удлинение 5:1. Хотя абсолютное значение ТКС у таких резисторов велико (–350∙10^-6 /⁰С), взаимный уход от температуры не превышает 10^-6 /⁰С. Снижение температурного коэффициента в 300….400 раз означает, что взаимная разность температур двух резисторов на кристалле должна быть меньше 1⁰С. Для подгонки резисторов по номиналу используется лазерный метод.

Применение КМОП-ключей имеет как положительные стороны (отсутствие смещения нуля и тока управления), так и недостатки (большое сопротивление в состоянии “включено” и невысокое быстродействие). Главное преимущество КМОП-ключей состоит в том, что они управляются напряжением и могут коммутировать ток любой полярности. В зависимости от входного цифрового кода, подаваемого на входы 4…13, в ветвях резистивной матрицы происходит перераспределение токов, которые, в зависимости от присутствия «0» или «1» в данном разряде, поступают на аналоговые выходы. Управление ключевыми элементами осуществляется усилителями-инверторами (УИ), вырабатывающими на выходе парофазный сигнал управления. При опорном напряжении Е_оп=10,01 В ток в первой ветви матрицы равен:

I₁=Е_оп \ 2R=1\2 мА. (19)

Входное сопротивление матрицы (правее точки А) близко к 2R, поэтому она также потребляет ток 1\2 мА. В следующем узле ток 1\2 мА разделится пополам и так далее во всех остальных разрядах.

Выходной аналоговый сигнал матрицы снимается в виде тока I_вых2, подаваемого на суммирующую точку внешнего ОУ. При этом выходное напряжение ЦАП:

U_вых.= –I_вых2R_ос. (20)

Рис. 12. Структурная схема ЦАП К572ПА1 и схема включения

Для устранения разбалансировки ОУ ключевые элементы имеют скорректированное внутреннее сопротивление. С этой целью ключевые транзисторы первых шести разрядов сделаны разными по площадям и их внутреннее сопротивление в состоянии “Включено” нарастает по двоичному закону (20, 40, 8….640 Ом). Таким образом, уравнивается падение напряжений на ключах, что обеспечивает монотонность и линейность выходного тока.

В серии К572 имеется также ЦАП К572ПА2, который в отличие от рассмотренного является двенадцатиразрядным и дополнительно на входе содержит два регистра для хранения цифровых кодов.

Описание макета

Лабораторная работа предусматривает исследование характеристик ЦАП с резистивной матрицей R–2R. В макете использована микросхема К572ПА1, формирование параллельных цифровых кодов для которой производится счетчиком К155ИЕ7.

Схема макета приведена на рис. 13. Макет выполнен в виде отдельного устройства. Для его работы необходимы два внешних источника питания с напряжением +15 В и –15 В. Формирование напряжений питания ОУ, ЦАП и напряжения Е_опосуществляется внутренними стабилизаторами макета.