Особенности применения БИС ЦАП

Для успешного применения современных БИС ЦАП недостаточно знать перечень их основных характеристик и основные схемы их включения.

Существенное влияние на результаты применения БИС ЦАП оказывает выполнение эксплуатационных требований, обусловленных особенностями конкретной микросхемы. К таким требованиям относятся не только использование допустимых входных сигналов, напряжения источников питания, емкости и сопротивления нагрузки, но и выполнение очередности включения разных источников питания, разделение цепей подключения разных источников питания и общей шины, применение фильтров и т.д.

Для прецизионных ЦАП особое значение приобретает выходное напряжение шума. Особенность проблемы шума в ЦАП заключается в наличии на его выходе всплесков напряжения, вызванных переключением ключей внутри преобразователя. По амплитуде эти всплески могут достигать нескольких десятков значений весов МЗР и создавать трудности в работе следующих за ЦАП устройств обработки аналоговых сигналов. Обычно от этих всплесков не удается избавиться ни с помощью ФНЧ, ни полосовых фильтров. Кардинальным решением проблемы подавления таких всплесков является использование на выходе ЦАП устройств выборки-хранения (УВХ). УВХ управляется от цифровой части системы, формирующей новые кодовые комбинации на входе ЦАП. Перед подачей новой кодовой комбинации УВХ переводится в режим хранения, размыкая цепь передачи аналогового сигнала на выход. Благодаря этому всплеск выходного напряжения ЦАП не попадает на вывод УВХ, которое затем переводится в режим слежения, повторяя выходной сигнал ЦАП. Таким образом, УВХ выполняет функцию практически идеального фильтра для выходного сигнала ЦАП.

Специальное внимание при построении ЦАП на базе БИС необходимо уделять выбору операционного усилителя, служащего для преобразования выходного тока ЦАП в напряжение. При подаче входного кода ЦАП на выходе ОУ будет действовать ошибка DU, обусловленная его напряжением смещения и равная

,

где U_см – напряжение смещения ОУ; R_ос – величина сопротивления в цепи обратной связи ОУ; R_м – сопротивление резистивной матрицы ЦАП (выходное сопротивление ЦАП), зависящее от величины поданного на его вход кода.

Поскольку отношение изменяется от 1 до 0, ошибка, обусловленная U_см, изменяется в приделах (1...2)U_см. Влиянием U_см пренебрегают при использовании ОУ, у которого .

Точность работы ЦАП может ухудшить выбор ОУ с относительно малым собственным коэффициентом усиления дифференциального сигнала К_у. Можно пренебречь влиянием К_у, если его величина удовлетворяет неравенству .

Вследствие большой площади транзисторных ключей в КМОП БИС существенная выходная емкость БИС ЦАП (40...120 пФ в зависимости от величины входного кода). Эта емкость оказывает существенное влияние на время установления выходного напряжения ОУ до требуемой точности. Для уменьшения этого влияния R_ос шунтируют конденсатором С_ос.

В ряде случаев на выходе ЦАП необходимо получать двуполярное выходное напряжение. Этого можно добиться введением на выходе смещения диапазона выходного напряжения, а для умножающих ЦАП переключением полярности источника опорного напряжения.

К особенностям применения конкретных БИС ЦАП можно отнести их различную функциональную насыщенность. Очень часто на одном кристалле БИС кроме собственно ЦАП размещают дополнительные узлы, дополняющие ЦАП до функционально законченных модулей. Очень часто на входе ЦАП устанавливается регистр входных данных, обычно с тремя состояниями на его выходе, несколько регистров с возможностью адресации к каждому из них в отдельности, небольшое по объему ОЗУ, источник опорного напряжения, выходной ОУ и т.д.

Следует обратить внимание, что если вы используете интегральный ЦАП, имеющий число разрядов большее чем вам нужно, то входы неиспользуемых разрядов подключают к земляной шине, однозначно определяя на них уровень логического нуля. Причем для того, чтобы работать по возможности с большим диапазоном выходного сигнала БИС ЦАП за таковые разряды принимают разряды, начиная с самого младшего.