4.13. Варіанти принципових схем підсистеми цифроаналогових перетворювачів
Розглянемо кілька варіантів реалізації цифроаналогової підсистеми універсального технологічного контролера. При цьому орієнтуватимемося, на первинне завдання: наявність в підсистемі як мінімум шести каналів восьмирозрядних і як мінімум шести каналів десятирозрядних DAC.
Найвишуканіше з погляду схемотехніки поставлене завдання вирішується при виконанні цифроаналогової підсистеми на двох восьмиканальних мікросхемах DAC з послідовним інтерфейсом SPI: восьмирозрядною LTC1665 і десятирозрядною LTC1660. Принципова схема такої підсистеми представлена на рис. 4.24. Вона складається всього з двох мікросхем в корпусі DIP16. Особливістю такої підсистеми є те, що використовувані восьмирозрядна і десятирозрядна мікросхеми мають однакове призначення виводів. Ця обставина дозволяє легко модернізувати підсистему в підсистему 16 восьмирозрядних або десятирозрядних DAC.
Рис. 4.24. Підсистема цифроаналогових перетворювачів на восьмиканальних мікросхемах
Як вже указувалося раніше, при проектуванні універсальних технологічних контролерів може виникнути необхідність у забезпеченні високої швидкодії частини підсистеми цифроаналогового перетворення, наприклад, якщо ця підсистема призначена для генерації сигналів спеціальної форми з достатньо високою частотою. В цьому випадку частина підсистеми DAC або вся підсистема повинна бути виконана на більш швидкодіючих мікросхемах з паралельним інтерфейсом. Проте слід пам'ятати, що таке рішення припускає наявність додаткових апаратних витрат на організацію паралельної магістралі для обміну між контролером і підсистемою. З іншого боку, використання паралельного інтерфейсу значно спрощує програмне забезпечення мікроконтролера. Приклад виконання восьмирозрядної частини підсистеми DAC на мікросхемах з паралельним інтерфейсом наведено на рис. 4.25.
Рис. 4.25. Підсистема цифроаналогових перетворювачів на мікросхемах з паралельним інтерфейсом.
Наступний варіант реалізації проектованої підсистеми виконаний на двоканальних восьмирозрядних мікросхемах TLV5625 і десятирозрядних мікросхемах TLV5617A (рис. 4.26).
Рис. 4.26. Підсистема цифроаналогових перетворювачів на двоканальних восьмирозрядних мікросхемах
Цей варіант, що дозволяє оперативно змінювати кількість встановлених DAC, а також легко модернізувати склад підсистеми у бік 16 восьмирозрядних або десятирозрядних каналів. Недоліком варіанту є вища вартість в порівнянні з першим варіантом (у 4—5 разів). Очевидно, що аналогічно можна скласти частину будь-якої іншої представленої підсистеми на двоканальних мікросхемах. Варто ще відзначити, що двоканальні восьмирозрядні мікросхеми випускаються багатьма виробниками, а десятирозрядні мікросхеми значно рідкісніші.
Насамкінець наведемо принципову схему підсистеми на найпоширеніших і доступних мікросхемах фірми MAXIM (див. рис. 4.27).
Ця підсистема виконана на двох чотирьохканальних восьмирозрядних мікросхемах Мах509 і двох чотирьохканальних десятирозрядних мікросхемах Мах5250. Всі використовувані мікросхеми виконані в корпусі DIP20, що призводить до збільшення площі друкованої плати, займаною підсистемою, приблизно у 2,2 рази в порівнянні з першим варіантом, збільшенню вартості приблизно в 1,8 разів. Можна замінити мікросхеми Мах509 на їх аналоги Мах510, що випускаються в корпусі DIP16, це дозволить понизити збільшення площі друккованої плати до 1,9 разів. На жаль, ця мікросхема дефіцитніша. Іншою особливістю даної підсистеми є те, що мікросхему Мах5250 можна замінити на Мах525, перетворюючи, таким чином, десятирозрядну частину в дванадцятиразрядну. Незважаючи на збільшення площі друкованої плати та її вартості, цей варіант найпростіше реалізовується, оскільки використовувані мікросхеми є практично у всіх крупних постачальників мікросхем.
Насамкінець варто зазначити, що на приведених схемах були показані тільки мікросхеми цифроаналогових перетворювачів. Насправді в реальну підсистему повинне входити достатньо потужне і стабільне джерело опорної напруги, вихід якої підключається до сигнальної лінії REF. Залежно від призначення системи, таких джерел може бути кілька, на різну напругу.
Рис. 4.27 Підсистема DAC на мікросхемах фірми МАХІМ.
Крім того, не зважаючи на те, що всі використані мікросхеми мають буферизацію по вихідній напрузі, в реальному виробі нам необхідно поставити ще на кожен вихідний канал по масштабувальному вихідному підсилювачу для підвищення навантажувакльної здатності і забезпечення необхідного рівня вихідної напруги.