Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 57
Текст из файла (страница 57)
В большинстве случаев эта функциональная зависимошь является линейной. Наиболее часто ЦАП используются для сопряжения устройств цифровой обработки сигналов с сиглемами, раоотаюшими с аналоговымл сигналамн Кроме этого. ЦЛП используются в качестве узлов обратной связи в аналого. цифровы~ преобразователях и в устройствах сравнения цифровых величин с алалот овымн. Области применения ЦЛП достаточно широки. Огги применяются в системах переда ~и данных, в измерительных приборах и испытательных установках, в синтезгпорах напряжения и генераторах сложных функций, для формирования нзоб ражечшй па экране дисплеев и др.
В связи с этим разработало и выпускается большое количестве гпггегральпых микросхем ЦАП Схемы ЦАП можно классифицировать по разливным пришаьам: принципу лей: ~ вля, вплу выходного сигнала, полярности выходного сигнала, элементпои базе л др По принципу действия наибольшее распространение получили ЦАП следукь щих видов со сложением токов, с делением напряжения и со сложением напряжений В микроэлектронном исполнении применяются только первые два типа По виду выход~кто си~ лала ЦАП деля.г на два вила: с токовым выходом н выходом по папряжелию. Для преобразования выходного тока ЦЛП в напряжелис обычно используются операционные усилители. По полярности выходного сигнала ЦАП принято делить ла однополярные и лвухполярнгае.
Улравляюгппй код, подаваемый на вход ЦЛП, может быть различным двоичным, двончпо-десятпчньга, Грея. унитарным и лр, Кроме того. ргпли шыми могут быть н уровни логических сипшлов па входе ЦЛП. При формировании выходного напряжения ЦАП под действием управляющег.о кола обычно нспользузотся источники опорного напряжения.
В зависимости от вида не~очипка опорпого напряжения ЦАП делят на две группы; с постоянным опорным плпряжением л с изменяющимся опорным напряженнем. Кроме этого, ЦЛП делят по основным характеристикам: количеству разрядов, быстродействию, ~очности прес бразования. потребляемой мощности.
Основные параметры ЦАП. Все параметры ЦАП можно раздели~в на две ";, < группы статические н динамические. К статическим параметрам ЦАП глносят: ра ~релгапощхгю спх собпосгть погрешность преобразования, диапазон значении выходного сн.лала, харакзерис:икн улравляюшего кода, смешение нулевого уровня и некоторые другие. К лш:,амическим показа:елям ЦАП принято относить: время установления выходного сигнала, предельную частоту преобразования, динамическую по~ решлоегь. Рассмотрым пеке~орые нз этих параметров. Леквил 27.
Цифро-алалоговые преоб азователи Погрешность преобразования ЦЛП принято делить на дифференциальнуто и ;:.:'; погрешность нелинейности. С ростом кола на вхоле ЦАП растет и выходное напря'- жение, однако при увеличении напряжения могут быть отклонения от линейной зависимости. Погрешностью лелипейлости называют максимальное отклонение выходного напряжения от идеальной прямой во всем диапазоне преобразования.
Диффереициальлой погреитостыо называют максимальное отклонение от линейности лля двух смежных значений вхолного кода. Напряжение сиеи1еиия пуля определяется взяходнььм напряжениелв при вход;; '" ном коде. соответствующем нулевому значению. Врсил устаповлеиил Л.. — зто интервал времени от подачи входного кода до вхождения выходного сигнала в заданные прелелы, определяемые погрешностью.
Макгюиальиал часпюта преобразоваиил — наибольшая частота лискретиза- , ". ции„при которой все параметры ЦАП соответствуют заданным значениям По совокупности параметров ЦАП принято делить на три группы: общего применения, прецизионные и быстродействующие. Быстродействуюи1ие ЦЛП имеют время установления меньше 100нс. К преиизиоплььи относят ЦЛП, имею."-'щие погрешность нелинейности менее О,!М:.
Пршщипы построения ЦАП. Существует несколько схем., являющихся базой для построения многих разновидностей ЦАП соответствующего класса. Для фор . - 'мирования соответствующих уровней выходного напряжения (иви тока) к выходу 'ЦАП подключается необходимое количество опорных сигналов Е„Е, ...Е„(или ''.::;:, гоков 1;, 1,...1„), либо устанавливают соответствующее дискретное значение ;,. коэффициента деления Кь К, .К„.
На рис. 27.1 приведена схема ПАП с сулсиировапием токов. В этой схеме :,'кспользу~огся п опорных источников тока 1,,1и..1„, Входной код Ь„Ь, Ь„ управляет ключами Бп Яи,.Б„, которые или подключают источпики тока к нагруз: ' " ке, или замыкают лх накоротко. При этом если Ь.=О, то соответствующий источ':::.'; пик закорочец и в работе схемы не участвует. Вслп же Ь, = 1, то соответствующий ;: „...источник тока подключен к нагрузке. Результирующий ток равен сумме токов ::;., опорных источников, для которых Ь,=1.
Напряжение на выхоле будет равно ре' "-:: 'зультирующему току 1,, умноженному на сопротивление В„, т. е. 127.1) . Так, например, если входной кол является двоичным, то результирующий ток определяется выражением 1г=14~~2"'+Ь~2' '+ +Ь 2ь)=1,)Ч 12 :,', зле л -- число двоичпых разрядов входного тока, У вЂ” — и-разрялное цифро слово 7.2) вос 293 Разрегиаюи1ал гпособлость ПАП определяется как величина, обратная максимальному количеству градаций выходного сигнала. Так, например. если разрешающая способность ЦАП составляет 10 ', то зто означает, что максимальное число !!-;.г градаций выходного сигнала равно 10'.
Иногда разрешающую способность ЦАП оценивают выходным напряжением при изменении входного кола на единицу младшего разряда, т. е. шагом квантования. Очевидно, что чем болыпе разряд,';";.' ность ЦЛП, тем выше его разрешающая способность. Раздел 6. Аналого-ци вые и ункцнонапьиые устройства Входной коп Упрощенная схема Ь ь иЛП ' «. " ' лппР окепий приведена на рис. 27.2.
В втой схеме используется и опорных источников напряжения Е, Еа ..,Е„. Входной код управляет ключами Бп Ят...Б„которые или подключают соответствую- ': т щие источники опорного напряжения к нагрузке, Рис. 27Л. Упрощенная схема ЦАП с суммироааиием токов или отключают их. Так же, как и для схемы с суммированием токов, при Ь,=1 соответствующий источник напряжения включен, а при Ь, х 0 -- выключен. Результирующее напряжение на выходе равно сумме напряжений включенных опорных источников.
Так„например, для входного двоичного кода выходное напряжение определяется по формуле бт =б"„„,„=ЩЬ,2" '+Ьа2 '+...+Ь„2е)=С'„Ф. Упрощенная схема ЦАП с делением оппрпогп папрязкепии Ео приведена на рис. 27.3. В зтой схеме имеется один источник опорного напряжения и набор калиброванных сопротивлений Ап Ах...А„, с помощью которых напряжение опорного источника может быть разделено до значения, соответствующего входному коду. Выходное напряжение для схемы, приведенной на рис. 27.3, определяется формулой Еоя„ ля+я г где А, —. результирующее сопротивление устанавливаемое при помощи ключей Яп Бп..Я„которые управляются входным кодом. Входной коп Рис.
27.2. Упрошениая схема ЦАП с суммироаанием напряхтеиий Лекция 27. Цифре-внвлоговыс преобразователи При Е„=О зта схема превращается Вковной кол в управляемый источник тока, т. е. рабо- Ь, Ь, Ь ! ,:. тает так же, как схема со сложением токов. Практически выполнить Е„=О мож- 5 Я -: во при помощи операционного уснлите)г ля с параллельной обратной связью. Е„, Е, - Е! Практическая схема ЦАП со сложе- Ес л„ :"., вием токов обычно выполняется на раз- ики личных резистивных матрацах и одном а,. источнике опор!юго напряжения.
На Рис. 27 3 Упрошснивя сксмв ЦАП :- рнс. 27.4 приведена схема ЦАП с сумми- с лсяснисм пвпрвжсиив .'рованием токов, в котором использован ;"::: один источник опорного напряжения Е,, :) н резистивная матрица типа Я--2Я, изображенная на рнс. 24.4 б. Особенность '::.:,, этой резистивной ма!рицы заключается в том, что при любом положении ключей ':: Би'57...5„входное сопротивление матрицы всегда равно Я, а следовательно, ток, ::.:: втекающнй в матрицу„равен 1с=Ес)Е, Далее он последовательно делится в узлах 'тА, В, С по двоичному закону. Двоичный закон распределения токов в ветвях ;-:=резистнвнои матрицы соблюдается при условии равенства нулю сопротивления ;::, нагрузки.
Так как нагрузкой резистивной матрицы является операционный усили;.:тель ОУ, охваченный отрицательной обратной связью через сопротивление Ес, то :!,:его входное сопротивление равно нулю с достаточно высокой точностью, Ъкояной ков бс 2смл' А Е Е Е С 2Е Рис 27.4 Сыма ЦАП со спожсиисм токов нв рсвистивиой мктрипс типв Я вЂ” 2Л св) и слвуктура рсзистивной мвтгиим (б) Вяздсл б. Аналого-пиф овые и уикпиоиальпые стройства Напряжение на выходе операционного усилителя определяется выражением и„„.,м ---,",'(Ь,,2"-г+Ь,2" +...+Ь„2')м лт,,-м (27.5), где Ь,=1, еиги ключ о, находится в положении, при котором ток протекает на ':, ицвертирующии вход ОУ, и Ь,=О, если ключ Я, находится в положении, при кото- .' ром ток протекает в общий вывод, гг — - число разрядов преобразователя. Максимальное значение выходного напряжения (т.
е. напряжение в конечной, точке диапазона) имеет место при всех Ьсм1 и определяется по формуле; Доя .-Ц-2 ") Есин и,,«м я Л (27.6) .; где Ь --. шаг квантования, т. е. приращение выходного напряжения при изменении '.: входного кода па единицу младшего разряда: Ь= — -' 2% Ес Вхолиой кол Рис. 27.К Схема ЦАП со саожеиисм токов иа матриис взвсгисииык рсзиссоров 296 Как следует из формулы (27.5), выходное напряжение ЦАП зависит не только от входного кода Ж, но и от напряжения Ес опорного источника, Если допустить, что напряжение Е, меггяется, то выходное напряжение ЦАП будет пропорционально произведению двух величин: входного кода и напряжения, поданного на вход !, опорного гигнала.
В связи с этим такие ЦАП обычно называют перемножающи-,'- ми. В интегральных микросхемах перемножающих ЦАП источник опорного:-" напряжения отсутствует, но имеется вход для его подключения. Другой тип ЦАП со сложением токов реализуется на матрице со взвешенными резисторами. Схема ЦАП на основе взвешенных рюгисторов приведена па ',-'. рис 27.5 Из этой схемы видно.
что ЦАП состоит из матрицы двоична-взвешенных резисторов, сопротивления которых определяются по формуле ЛгмЛ2г'"; переключателей на каждый разряд, управляемых входными сигналами; источника опорного напряжения Е, и сумматора на операционном усилителе ОУ в ипвертирующем включении. Лекхяяя 2:~. Цн о-аналоговые и *об атовнгояи Поскольку прямой вход ОУ соединен с общим проводом, то за счет отрица:::; . тельной обратной связи напряжение в суммирующей точке А также будет равно .:, луляо, иначе говоря„резистивная матрица работает в закороченном режиме по'-",; зависимо от состояния переключателей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
