Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 42
Текст из файла (страница 42)
В этом легко можво: ',,'-'. убедиться, проанализировав принцип построения ступени резистивной матра.':: ':,, цы. Каждый последующий каскад нагружен на сопротивление 2Я, которое соединено паршшельно с выходным сопротивлением каскада, равным также'.-",:::,", 2Я. Параллельное соединение сопротивлений 2Я равно Я. Таким образом по-',":,Ч лучается, что последовательно включены два сопротивления величиной Я;:.
'1"; которые дают уменьшение сигнала в два раза. 0~1 зл1 Рис. 18.4. Упрощенная схема ЦАП на резистивной матрице Я-2Я (а) и фрагмент схемы, поясняющий принцип деления напряжения 1б) Благодаря близкому к нулю сопротивлению ключей Я нижние вьшозы ре.- ',- зисторов при любом положении ключей находятся под потенциалом общей шнпы,:;:! схемы.
Благодаря этому ИОН нагружен всегда на постоянное сопротивление схе' . '-:," мы, что гарантирует неизменность опорного напряжения при любом входном коде'::.!-: Поскольку нижние выводы резисторов 2Я магрицы при любом сошояню~ ключей 5, соединены с обшей шиной через низкое сопротивление замкнутых ючк"' чей, напряжения на ключах остаются небольшими, Это упрощает построение юзвуче)й, и схем управления ими и позволяет исгюльзовать широкий диапазон опорных ныйж жений, в том числе и различной полярности. Преобразователи такого тнаа можно исполюовать для умножения аналогового сигнала, подаваемого на вход опорно напряжения на цифровой код.
Такие цАП получили название пером пожженных 242 ) Н Я Выходы о(од(ый олчиал1 Ф Рис.18.6. Упрощенная схема ЦАП на внутренних источниках тока 1а) и переключатели тока на дифференциальных усилителях гб) При данном методе преобразования входной двоичный код управляет вюпочением источников, генерирующих токи, в соответствии с их весовыми коэффициентами. Эти токи суммируются, и суммарный ток либо непосредственно используется в качестве выходного, либо преобразуется в напряжение посредством операционного усилителя, Масштабные токи формируются при помощи транзисторов и набора масштабных резисторов соответствующих номиналов.
В большинстве преобразователей этого типа источники тока фактически все время включены, а их выходные токи коммугируются в зависимости от значения вхолного кода на общий провод или на выходную шину. Это обеспечивает повышенную точность, а ключи легко реализуются на биполярных или полевых трах(- зисторах (рис.
18.6, б). В схеме ПАП источники тока промасштабированы с помощью резисторной цепной схемы (х-2Я. Плошади эмиттерных переходов транзисторов соотносятся, как показаны цифры на рисунке, что позволяет обеспечз(ть постоянную плотность эм итгерных токов. Операционный усилитель с транзисторомом Р7ол формируют опорное напряжение для смешения источников тока, зааа- 244 ::'„":я'~ззответствующее значение 17ю. Стабильное положительное напряжение «уол ','ьп~~но получить от внутреннего либо от внешнего источника. Это напрюкение , всцпльзуется для получения коллекторного тока транзистора 1'7лл, равно~о -1тт-' «уснуло, и, слеДовательно, стабильного напРЯженнЯ на змиттеРе относительно 4г; .
Рранзи стор ы Угх... 1"тг, которые обеспечивают необходимые дно ичновзв еще н': «йяв токи, получают требуемое напряжение смещения за свет того, что потенциал .;идя~~ выше потенциала змиттера на величину СЪэ Поскольку нагрузка на источники тока, состоящая из сопротивлений от'ярйтых ключей Бо...Бя и сопротивлений резистивного делителя Я-2)1 со стороч В1 узловых цепей, не влияет на значение тока, то погрешность в формировании ,~ткйдного тока 1вых как суммы разрядных значений зависит только от точности ' '.На'Щттовления делителя Я-2Я Применение такого ЦАП в режиме преобразования однополярного напря,жрция «рис.18.7) сопровождается подключением потенциомет ра йь обеспечи '.лающего регулировку масштаба.
Вывод ЦАП по току подключается к ннверти". 'ртуКЗщему входу ОУ с обратной связью, работающего в режиме преобразования 'Жка в напряжение Я ил рисЛ 8.7. Включение ЦАП в режиме преобразования ошюполярного напряжения Для нормальной работы ЦАП необходимо, чтобы транзисторы в электрон ",.авва ключах работали либо в режиме глубокого насыщения, либо в режиме ,"ч1хбоксй отсечки, ВРеменнаЯ задеРжка, свЯзаннаЯ с выводом тРанзистоРов из ",-дкжнма насыщения, часто определяет верхний предел быстродействия ЦАП В качестве переключателей тока часто используют биполярныс диффе ,- 'йВЙцнальные каскады, в которых транзисторы работают не в ключевом, а в якФвном режиме «ненасыщенные ключи). Это позволяет сократить время устаЮйлсния выходного сигнала до единиц наносекунд 18.4.
Сегментироваииые ЦАП В идеале изменения на выходе ЦАП от одной величины до друтой долж : 'ць)проходить монотонно. На практике на выходе наблюдаются выбросы, ампли ;,~которых зависит от номера переключаемого разряда «рис.18.8). Эти вы,';:~)х~цы обусловлены неодновременностью переключения источников тока, осо 245 бенно когда источник тока старшего разряда подключается раньше, чем о ключаются источники тока младших разрядов. Рис.! 8.8. Кодозависимые вглбросы на выходе ЦАП Для устранения этих недостатков применяются сегментированные ЦАП, в...;,:,', которых используются два вида преобразователей: ЦАП с суммированием токов: - '.'.
(су ммиро вани ем весовых токов, матр идей К 2К„с внутренними источниками тока) и простейшие строковые ЦАП с выходом по току или по напряжению (рис. Й,9), Ав-разрядная версия строкового ЦАП содержит 2 равньгх по величине'"'.:! последовательно соединенных резисторов. Выходной сигнал снимается с со-::,!. ответствующего отвода замыканием одного из 2 коммутаторов после лекби . ':-:.
дирования Х-разрядных ланных. Строковые ЦАП с выходом по току нмеют -":;, параллельно соединенные резисторы равных номиналов, требуемый ток задав.,' ется одновременным замыканием ключей. ховии в~ ~хо~ ии туввиэхо овилв б) 3-х рввридиии цифровод вход Рисй 8.9. Строковые ЦАП с выходом по напряжению (а) и по току хбэ) 246 тма стро- смых льву ~тобы их и кодо обыч вы х раз стро ыи ад ;;:" '~фа,:,Т3ь10.
Функциональная схема сегментированног Входной 10-ти разрядный регистр предназначен -„'.,'.!Фйй)ичного параллельного кода. Дешифратор преобраз -'.::.~~53~його параллельного кода в позиционный 31-разр ":, '.,,,"ч!!ой 36-ти разрядный регистр хранит 3! -ти разрядный , -,;-.Ф~~Зядов.и пятиразрядный параллельный двоичный ко -;-;;; '.',".ззЗФ;Регистр необходим из-за задержки прохождения с г '-"м'.„' ""-";хияуиционный код пощупает на строковый ЦАП, младши '.,'!.'-,~ЦАП с параллельным входным кодом, как правило, !-.„::,;:.'.и~иней Я-2Я, На выходе токи этих двух ЦАП ш':„*.к""„ =; -;,.' Максимальный уровень кодозависимой помех к» -;!,":-';:::;:~лцие1ъю коммутации ключей, не превышает 3,1" ,':,;:;~~Мосты легко могут быть с~лажены выходными фи~ ;,,':,::*" ' !й'14-ти разрядном ЦАП АР9772 Ала1ой Ре»!сев, -'";:::-'1~чч'~ьзуются три секции сегментации.
Старшие пять ', "';.,'~З1иРуются и управляют 31 токовым ключом с один 247 о 1О-ти разрядного ЦАП для ввода и хранения входноует пять старших разрядов ялньй код. Таким образом позиционный код старших д пяти младших разрядов. игналов через дешифратор. е пять разрядов — на двоичс суммированием токов и суммируются. и, вызванной неодновре- ,4 от полной шкалы. Эти ~ьтрами. показанном на рис.! 8,11, разрядов(СЗР)полностью аковым весом, каждый из ',,„,:," '-:;-йти7схемы изначально обеспечивают монотонный сигнал и обладаю ,.;~!;=:. ',~~ »т~дзоаависимыми импульсными помехами.
Главным недостаткам '".;: 'нк,„ЦАП является большое количество резисторов и ключей, трсбу :"""!:"' ",~~ад!тзации высокой разрешающей способности, поэтому они испо ,',,; '.~я.'тгпдько в качестве компонента ЦАП более сложной с~РУктУРы :,"":: '-:,'; Принцип построения сегментированных ЦАП заключается в том, ,, ";:."'- йеигие разряды, дающие наибольшие погрешности, отделить от младш ':~':;-'.~~рвзовать их в аналог с помощью строкового ЦАП, дающего малые "-::,,а","'иеимые помехи, младшие разряды преобразовать в аналог с помощью .,::;" '~~Я"~цзпичной схемы ЦАП, а на выходе произвести суммирование двух .-:,:,!;:~и»эх сигналов, соответствующих младшим и старшим разрядам ЦАП с сегментированием представлен на рис.18.10.
Пять старши -,;;-;,~1й)!бвдекодируются из двоичного в позиционный код, который управляет ',":Ю~т!и:ЦАП которых является источников для 512 уровней, соответствующим младшим раз ' рядам, Следующие четыре разряда декодируются в 15 сигналов, Они управляю 15 токовыми ключами, каждьш из которых является источником для 32 уровней ..::::. соответствующих следующим разрядам. Пять младших разрядов хранятся три гером и управляют традиционным двоичным ЦАП с одним разрядом на выход ',-:,: Дпя реализации этой архитектуры требуется 51 токовый ключ и 51 триггер. Т о з м Рнс.18.! 1. Функциональная схема 14-ти разрядного ЦАП А09772 18.5.
Цифровые потеиииометры Если строковый ЦАП с выходом по напряжению (рис.18.9, а) рассмат-',.", ривать с точки величины сопротивления межу выводами АС и ВС, то данная схема может исполнять роль потенциометра с переменным сопротивлением, управляемым кодом. Основу цифровых потенциометро в составляет рез исти вная матрица„как правило, из 256 резисторов равного сопротивления, соединенных'(; последовательно (рис.18.12). Вывод С через ключи Яо...5гм может подклю-: чаться к любой точке резистивной цепи в зависимости от входного кода. ' ..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
