Лекция №14. Классификация и состав функциональных блоков цифроаналоговых преобразователей

План лекции

1. Классификация цифроаналоговых преобразователей.

2. Ключевые элементы цифроаналоговых преобразователей.

3. Резистивные матрицы цифроаналоговых преобразователей.

Классификация цифроаналоговых преобразователей

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) – это функциональный узел, воспроизводящий на выходе аналоговую величину пропорциональную входному цифровому коду. По принципу работы они делятся на ЦАП с промежуточным и прямым преобразованием.

В ЦАП с промежуточным преобразованием на первом этапе работы входной цифровой код преобразуется в некоторую промежуточную величину, чаще всего в частоту следований импульсов или в длительность временных интервалов, которые затем преобразуются в уровень тока или напряжения. В интегральном исполнении они не выпускаются, так как имеют малое быстродействие.

ЦАП с прямым преобразованием бывают последовательные, параллельные и последовательно-параллельные.

В ЦАП последовательного действия входной цифровой код поступает последовательно по разрядам и преобразование осуществляется за несколько тактов работы, число которых равно разрядности входного цифрового кода. Такие преобразователи используются для последовательной передачи информации на большие расстояния. Они в этом случае очень удобны (минимум аппаратных затрат), но низкое быстродействие и в интегральных схемах не используются.

ЦАП параллельного действия имеют максимальное быстродействие так как цифровой код поступает в параллельной форме и преобразование происходит почти за один такт работы, они выпускаются в виде БИС.

Последовательно-параллельный ЦАП в интегральном исполнении не выпускается, и их организуют на интегральных параллельных ЦАП малой разрядности.

Функционально ЦАП параллельного действия состоят из буферных схем согласования уровней, аналоговых ключевых элементов, резистивных матриц, источников опорного напряжения и выходного ОУ.

Буферные схемы согласования уровней необходимы для согласования уровней напряжения источников цифрового кода с уровнями управляющих сигналов ключевых элементов. При этом если тип логики входных элементов оговорен заранее, то необходимость в этих схемах отпадает.

Источники опорных напряжений представляют собой один из вариантов стабилизаторов напряжения, как правило, с непрерывным регулированием. ил.

Ключевые элементы могут выполнятся на биполярных транзисторах или полевых и при этом реализовывать функции последовательного ключа напряжения, параллельного ключа тока, последовательно-параллельных ключей напряжения или тока.

В зависимости от типа ключа преобразователь будет работать соответственно с постоянным или переменным опорным напряжением, и, в частности, реализовывать функции умножающих преобразователей.

Ключевые элементы цифроаналоговых преобразователей

Рассмотрим базовые схемы ключей. Эквивалентная схема последовательного ключа напряжения показана на рис. 104.

Рис. 143. Эквивалентная схема последовательного ключа напряжения

Этот ключ передает сигнал на нагрузку или отключает его от нагрузки. Для определения требований к ключу запишем напряжение на нагрузке, например, во включенном состоянии. Сам ключ показан как идеальный переключатель (S). Его сопротивление в разомкнутом состоянии определяется R_выкл. Остаточное сопротивление во включенном состоянии показано как r_вкл.

.	(165)
Исходя из величин сопротивлений, имеем, что:
,	(166)
тогда:
.	(167)

Чтобы U_н = Е_с, нужно чтобы выполнялось требование r_вкл << R_н.

Рассмотрим параллельный ключ тока, его эквивалентная схема показана на рис. 144:

Рис. 105. Эквивалентная схема параллельного ключа тока

Во включенном состоянии коммутирует ток через себя на общий провод, а в выключенном состоянии передает ток в нагрузку. Здесь, по аналогии, возникает следующее требование:

.

(168)

Чаще используется последовательно-параллельный ключ напряжения. Он или шунтирует нагрузку в выключенном состоянии, или передает сигнал в нагрузку во включенном состоянии. Требования как к последовательному ключу напряжения.

Рис. 106. Эквивалентная схема последовательно-параллельного ключа напряжения

Последовательно-параллельный ключ тока имеет следующую эквивалентную схему:

Рис. 107. Эквивалентная схема последовательно-параллельного ключа тока

Передает ток источника последовательно на разные нагрузки. Требования как к параллельному ключу тока.