double arrow

ЦАП на основе двоично-взвешенных резисторов

1

Типы и особенностей построения ЦАП

Цифро-аналоговыми преобразователями называют устройства, генерирующие выходную аналоговую величину, соответствующую цифровому коду, поступающему на вход преобразователя. Цифровая информация представляется соответствующим кодом. Наиболее распространен двоичный код.. Цифровой код может быть последовательным, когда уровни напряжения, соответствующие отдельным разрядам кода, поступают в различные моменты времени и могут быть переданы по одной линии, или параллельным, когда все уровни напряжения, соответствующие разрядам кода, поступают одновременно и передаются по отдельным линиям. Цифровой код представляется в виде последовательности единиц и нулей, например 1100010100. В данном случае он состоит из 10 разрядов. Крайний левый называют старшим разрядом или первым, крайний правый – младшим разрядом. В технике цифро-аналогового преобразования наибольшее распространение получили двоичные коды с весами разрядов 8-4-2-1.

Классификация ЦАП может быть проведена по разным признакам:

- способу формирования выходного сигнала;

- роду выходного сигнала (с токовым выходом или выходом по напряжению);

- полярности выходного сигнала (униполярные, биполярные);

- типу элементов (резистивные, емкостные, оптоэлектронные);

- диапазону рабочих частот.

Наиболее распространенными архитектурами ЦАП являются:

- с лестничной матрицей R -2 R

- на взвешенных резисторах.

ЦАП на основе двоично-взвешенных резисторов

ЦАП на основе двоично-взвешенных резисторов состоят из резистивной матрицы, N переключателей (по одному на каждый разряд), управляемых цифровыми сигналами, источника опорного напряжения и суммирующего элемента.

 

Функцию суммирующего элемента выполняет операционный усилитель (ОУ) в инвертирующем включении, для которого вся входная матрица может быть представлена одним эквивалентным резистором. ОУ за счет эффекта виртуальной земли (потенциалы на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ всегда поддерживаются равными) обеспечивает нулевой потенциал на выходе матрицы резисторов независимо от состояния переключателей S 1SN. На цифровые входы ЦАП подается двоичный N -разрядный цифровой код. Каждый i ‑й цифровой сигнал управляет переключателем Si, обеспечивая подключение i -го резистора с сопротивлением 2 iR либо к общей шине, либо к источнику питания. Ток, протекающий через резистор 2 iR при его подключении к источнику напряжения (при разряде кода ai = 1) U оп равен

Ii = U оп/2 iR.

Если ai = 0, то соответствующий ток Ii = 0, поскольку равно нулю падение напряжения на резисторе 2 iR (резистор отключен от источника напряжения).

Таким образом, матрица двоично-взвешенных резисторов формирует двоично-взвешенные токи Ii, добавляемые к суммарному выходному току I S в зависимости от двоичного значения ai:

(1.1)

Выходное напряжение с учетом инвертирующего включения ОУ равно

U вых = – I S R ос.

Поскольку при N >>1 эквивалентное сопротивление матрицы R э» R /2, то и величина сопротивления обратной связи выбирается равной R ос = R /2.

Как видно из выражения (1.1), выходное напряжение пропорционально весовому значению поступающего на ЦАП двоичного N -разрядного цифрового кода. Когда все ai = 0, то I S = 0 и U вых = 0. Если же все ai = 1, то выходной ток резистивной матрицы максимален

I S = U оп(2 N 1)/2 N -1 R

и выходное напряжение U вых принимает максимальное значение.

Сопротивления весовых резисторов в этом случае лежат в широких пределах. Так, при R = 10 Ом и N = 12

R max = 2 N -1 R = 212–1×10» 20 кОм.

При таком большом диапазоне сопротивлений резисторов достаточно сложно изготовить их с одинаково высокой точностью.

Указанный недостаток можно преодолеть применением в ЦАП резистивной матрицы R -2 R.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: