По принципу действия различают ЦАП с суммированием токов, делением и сложением напряжений. К основным статическим параметрам относятся разрешающая способность (шаг квантования), погрешность преобразования, диапазон выходных сигналов, смещение нулевого уровня, к динамическим – время установления выходного сигнала и предельная частота преобразования. Все эти характеристики так или иначе связаны с разрядностью ЦАП, т.е. количеством бит используемого входного кода.
Наиболее простую конфигурацию имеет ЦАП с суммированием токов на матрице взвешенных резисторов и ОУ (рис. 5.12), где k3k2k1k0 – входное четырехразрядное слово (четырехразрядный ЦАП) бинарного кода (БК) прямого замещения, а токи ветвей суммируются на входе ОУ таким образом, что на его выходе получается аналоговый эквивалент k3k2k1k0. Для примера рассмотрим значение k3k2k1k0 = 0001, в этом случае во входную цепь потечет ток (точка Uвх – «виртуальный» нуль), где Е 0 – опорное напряжение, следовательно, величина . Аналогично, слову k3k2k1k0 = 0011 будет соответствовать , слову k3k2k1k0 = 1111 – , т.е. в общем случае эта зависимость может быть выражена соотношением
, (5.12)
где ; ki = 0,1. При этом погрешность определяется точностью подстройки значений резисторов, а основным недостатком является труднореализуемый в интегральных технологиях большой разброс номиналов R при значительном числе разрядов ЦАП.
Для устранения значительного разброса сопротивлений в структурах ИС с параллельной обработкой сигналов обычно используют резистивные матрицы R – aR с пропорциональными величинами Ri. Пример такой матрицы типа R –2 R приведен на рис. 5.13 а, где независимо от числа используемых ветвей Rвх = R, т.е. . Реализация ЦАП со сложением токов на основе такой резистивной матрицы (рис. 5.13 б) обеспечивает получение аналогового значения
(5.13)
при минимальном разбросе R. Параметры серийных ИС ЦАП и особенности их исполнения приведены в таблице 5.3, где практически все структуры ЦАП основаны на суммировании токов, поскольку схемы ЦАП с делением и сложением напряжений не обеспечивают каких–либо заметных преимуществ и распространены значительно меньше.
Таблица 5.3.
Тип | Число разрядов n | Время установления, мкс | Интегральная нелинейность, % | Особенность исполнения |
КР572ПА1 | 10 | 5 | 0,1 | Перемножающий на матрице R –2 R и КМОП–ключах |
КР572ПА2 | 12 | 15 | 0,02 | Перемножающий на матрице R –2 R и выходном регистре |
К594ПА1 | 12 | 3,5 | 0,02 | Со сложением токов на комбинированной резистивной матрице и БТ |
К1108ПА1 | 10 | 0,4 | 0,02 | Со сложением токов на комбинированной резистивной матрице и БТ–ключах |
К1118ПА1 | 8 | 0,02 | 0,19 | Со сложением токов на взвешенных резисторах и ЭСЛ–структурах |
К1118ПА4 | 10 | 0,03 | 0,1 | Быстродействующие на ЭСЛ–ключах |
В последнее время появились конфигурации ИС ЦАП на основе структур с переключаемыми конденсаторами, что позволило устранить трудоемкую операцию лазерной подстройки номиналов резисторов. В результате была существенно повышена разрядность ЦАП (n = 16), а их разрешающая способность доведена до 10-5.