Цифро-аналоговые преобразователи с суммированием напряжений

Параллельные цифро-аналоговые преобразователи с суммированием эталонных напряжений

Основой для построения Л-разрядных преобразователей служит одноразрядный преобразователь, представляющий собой источник эталонного напряжения Ц и управляемый ключ 5 (рис. 14.9, а). Для формирования и суммирования эталонных напряжений используются резисторные делители напряжения. Рассмотрим две типовые схемы, построенные по этому способу (рис. 14.9, 6, в).

ЦЛП с двоично-взвешенными сопротивлениями делителя напряжения. В представленной на рис. 14.9, б схеме 5-разрядного ЦАП эталонные напряжения с двоичным взвешиванием создаются на резисторах при разомкнутых ключах. Преобразованное напряжение представляет собой сумму всех таких напряжений. Для иде-

Рис. 14.9. Схемы одноразрядного (а) и многоразрядных ЦАП с резисторными делителями напряжений (б, в)

ального цифроаналогового преобразования необходимо к входу делителя подключить источник тока, нагрузку соединить параллельно делителю напряжения и выбрать ее сопротивление /?п —? При использовании источника опорного напряжения и включение нагрузки (/?и, пунктир) последовательно с делителем напряжения требует значения 7?п —? 0. В этой схеме управление ключами осуществляется непосредственно битами входного двоичного кода.

Приведенное на рис. 14.9, б состояние схемы соответствует входному коду Х^Х3Х2Х^Х0 = 101012 = 2110. В этом случае напряжение, создаваемое на делителе и на нагрузке /?п, пропорционально сумме сопротивлений 16/? + 4/? + /? = 217?, что отражает десятичный эквивалент входного кода.

Главный недостаток схем с двоично-взвешенными сопротивлениями делителей напряжения состоит в том, что малейшие отклонения значения сопротивления, формирующего напряжение старших разрядов, могут привести к значительным погрешностям преобразования. Например, если при N = 11 сопротивление для самого младшего разряда /?, то сопротивление самого старшего разряда 2 10 /? = 1024/? должно быть выполнено с погрешностью, но крайней мере, не более 0,1/?, что затруднительно.

ЦАП с равными сопротивлениями делителя. Для выявления его особенностей рассмотрим схему 3-разрядного преобразователя (см. рис. 14.9, в). В общем случае /^-разрядный ЦАП этого типа содержит 2 ДГ резисторов с одинаковыми сопротивлениями (/?) и 2 м ключей. Так как напряжение на выходе ЦАП для кода с единицами во всех разрядах всегда на один младший бит меньше опорного напряжения (7?/оп/8), между источником [7оп и ключом 57 включен резистор /?7. Для управления ключами используется полный дешифратор X 2 Л ), преобразующий входной ЛГ-разрядный код в унитарный (с единственной единицей) код. Чтобы исключить влияние нагрузки на качество преобразования, ее сопротивление /?н должно быть значительно больше суммарного сопротивления делителя напряжения. Для приведенного на рис. 14.9, в входного кода А2Х1А = = 1012 = 510 управляющий сигнал У5 = 1 (остальные равны нулю), поэтому ключ 55 замкнут и /7ВЫХ = 5?/оп/8, что согласуется с входным кодом.

Каждый электрик должен знать:  Электрическое поле и поле вектора плотности тока в проводящей среде

Достоинства рассматриваемого ЦАП — высокая линейность и гарантированная монотонность его передаточной характеристики; редко возникающие выбросы выходного напряжения, поскольку одновременно переключаются только два ключа. При необходимости имеется возможность получения нелинейной передаточной характеристики. К недостаткам следует отнести резкое увеличение количества резисторов и ключей (2 Л ) с повышением разрядности преобразователя. При этом для поддержания высокой линейности необходимо обеспечить равенство всех сопротивлений делителя напряжения. Способ подстройки номиналов резисторов для улучшения интегральной нелинейности показан на рис. 14.10 и состоит в следующем.

Параллельно основной цепи резисторов /? — подключена дополнительная цепочка из четырех одинаковых подстраиваемых резисторов. Три внутренние узла цепочки подключены с помощью буферных усилителей (повторителей напряжения) к узлам основной цепочки. Подстраивающая цепочка регулируется таким образом, чтобы на этих узлах оказались напряжения, равные ?/оп/4, 2Ноп/4, 3Ноп/4. Такой способ позволяет снизить интегральную нелинейность.

Рис. 14.10. Схема, иллюстрирующая способ улучшения интегральной нелинейности

Каждый электрик должен знать:  Что такое электронный усилитель и для чего он нужен

Рассматриваемое схемное решение ЦАП невысокой разрядности подходит для приложений, рассчитанных на малые искажения сигналов. Поэтому их используют в комбинированных преобразователях для повышения разрядности, т.е. в ЦАП высокого разрешения. ЦАП с равными сопротивлениями делителя можно рассматривать как цифровой потенциометр с переменным сопротивлением, управляемым кодом. Их основными областями применения являются перестраиваемые фильтры, линии задержки, времязадающие цепи; схемы перестройки коэффициента передачи, усиления и уровня; согласование сопротивлений и замена механических потенциометров.

Особенности практической реализации интегральных ЦЛП с равными сопротивлениями делителя напряжения рассмотрим на примере 8-разрядного ЦЛП, схема которого изображена на рис, 14.11. Преобразователь содержит:

  • • делитель напряжения, составленный из 256 последовательно соединенных резисторов с сопротивлением Я,
  • • дешифратор 8 х 256;
  • • 256 управляемых ключей 5 — 5253 для вывода на выход ЦАП напряжения;
  • • логические элементы и ключ 5РПЭ для организации режима пониженного энергопотребления (РПЭ).

Выходное напряжение снимается с делителя напряжения. Точка съема выходного напряжения определяется входным цифровым кодом Х7. Х<Х, и с помощью ключа соединяется с выходом ЦАП.

Рис. 14.11. Схема ЦАП с суммированием напряжений

В режиме преобразования на вывод РПЭ подано напряжение логического нуля, благодаря чему ключ 5РПЭ установлен в положение «1» и делитель подключен к источнику опорного напряжения. Ключ 5 управляется напряжением с вывода «О» дешифратора, на котором только при поступлении кода Х7. Х,Х = 0. 00 установлен уровень логической единицы и ключ 5 находится в положении «1», соединяя выход ЦАП с нулевым напряжением («землей»). При всех других кодах с вывода «О» дешифратора установлен уровень логического нуля и выход ЦАП отключен от «земли». При подаче на вход ЦАП кода, например Х7. Х]Х0 = 0. 01, активизируется выход дешифратора «1», под действием сигнала У, = 1 ключ 51 переходит в положение «1» и на выход преобразователя поступит напряжение (7ВЫХ = IIоп/.256. Для кода Х7. Х<Х = 1. 11 напряжение ивых = 255Ь т ои/256. Таким образом, в соответствии с входным кодом преобразователь позволяет получить 256 (включая 0) значений выходного напряжения.

Каждый электрик должен знать:  Тест по электробезопасности 3 группа онлайн с ответами

При подаче на вход РПЭ логической единицы ЦАП переходит в режим пониженного энергопотребления, при этом ключ 5РПЭ перебрасывается в положение «0», отключая делитель напряжения от источника опорного напряжения, в ключ 5* — в положение «1», замыкая выход преобразователя на «землю».

ЦАП с использованием ключей в качестве дешифратора. Особенности ЦАП рассмотрим на примере 3-разрядного устройства (рис. 14.12), в котором, так же как и в схеме на рис. 14.9, в, используется делитель напряжения с одинаковыми сопротивлениями /?. Выходы делителя подсоединены к пирамидальной схеме, составленной из семи ключей, управляемых разрядами Х1 кода: при Х1 = 1 управляемые этим разрядом ключи находятся в положении «1», при X- = 0 — в положении «0». С помощью ключей на выходе ЦАП можно сформировать восемь уровней напряжения от 0 до 7оп/8, каждый из которых соответствует определенному входному коду Х2Х]Х(). Из рис. 14.12 ясно, что при поступлении кода ХД,Х = 101

Рис. 14.12. Трехразрядный ЦАП с использованием ключей в качестве дешифратора

на выходе ЦАП формируется напряжение Е/вых= 5?/0||/8, соответствующее этому коду. При входном коде Х2Х<Х = 000 выход ЦАП подключается к общей точке, поэтому ?/вых = 0. Из сравнения схем на рис. 14.12 и рис. 14.9, в следует, что в рассматриваемом преобразователе совокупность ключей выполняет функции полного дешифратора.

К достоинствам ЦАП с резистивным делителем следует отнести высокое быстродействие и регулярность структуры, позволяющую использовать МОП-технологию.

Добавить комментарий