Компьютерная схемотехника (стр. 28 из 32)

(10.17)

Учитывая, что источник опорного напряжения Uоп нагружен сопротивлением Rн=2R||2R=R, то

, а соотношение (10.17) можно записать в виде

.(10.18)

Рассмотрим работу ЦАП, если на вход схемы поступает комбинация ДК: 010...00 В. В этом случае ключ Клn-2 включен в верхнее положение, а остальные ключи – в нижнее. Эквивалентная схема ЦАП примет вид, представленный на рисунке 10.31,б. Ток I/2 в узле Мn-2 опять делится пополам, поэтому выходное напряжение, обусловленное разрядом (n-2) равно:

(10.19)

Тоже самое происходит при поступлении единицы в других разрядах ЦАП.

Рисунок 10.31

Выражение для определения суммарного выходного напряжения от действия единиц во всех разрядах входного ДК примет вид:

(10.20)

Если обозначить значения i-х разрядов входного ДК аi, где аi равно 0 или 1, то выражение (10.20) примет вид:

(10.21)

Сомножитель

является десятичным эквивалентом входного двоичного кода (представляет значение входного цифрового кода).

Рассмотренный преобразователь называют умножающим (перемножающим), потому что выходное напряжение пропорционально произведению значения опорного сигнала Uоп на значение входного цифрового кода.

Максимальное значение выходного напряжения (напряжение в конечной точке шкалы (диапазона) при аi=1 во всех разрядах входного ДК определяется из выражения:

(10.22)

Минимальное напряжение на выходе ЦАП при аi=0 во всех разрядах кода равно:

(10.23)

Коэффициент передачи (величина шага квантования по уровню), т.е. расчетное приращение выходного напряжения при изменении входного кода на единицу младшего разряда (цена младшего значащего разряда (МЗР)) составляет:

(10.24)

10.3.2 ЦАП К572 ПА1

10.3.2.1 Описание микросхемы К572 ПА1

Микросхема ЦАП типа К572 ПА1 является универсальным структурным звеном для построения микроэлектронных ЦАП. Она находит широкое применение в различной аппаратуре благодаря малой потребляемой мощности, достаточно высокому быстродействию, небольшим габаритам и др. [25].

Микросхема (рисунок 10.32) выполнена в герметичном корпусе с 16-ю выводами типа 201.16-8 с двухрядным вертикальным расположением выводов.

Микросхема предназначена для преобразования 10-разрядного параллельного двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, который пропорционален значениям кода и опорного напряжения. Она выполнена по КМОП технологии с поликремниевыми затворами [24, 25]. Нумерация и назначение выводов микросхемы:

1 – аналоговый выход;

2 – аналоговый выход;

3 – общий вывод;

4 – цифровой вход (старший 9-й разряд ДК);

5...12 – цифровые входы (разряды 8...1);

13 – цифровой вход (младший 0-й разряд ДК);

14 – напряжение источника питания;

15 – опорное напряжение;

16 – вывод резистора обратной связи (ОС).

В состав ИС ЦАП К572 ПА1 (рисунок10.32) входят: прецизионная поликремниевая резисторная матрица (РМ) типа R-2R, усилители-инверторы (УИ) для управления токовыми ключами, токовые двухпозиционные ключи (ТК), выполненные на КМОП транзисторах.

Рисунок 10.32

При поступлении в одном из разрядов входного ДК логической единицы усилитель-инвертор формирует управляющие сигналы, под действием которых транзисторный ключ соединяет резистор 2R с правым нижним выходом ключа. Если подается логический нуль, то резистор 2R соединяется с левым нижним выходом ключа. Для работы с выходом по напряжению к ИС ЦАП К572 ПА1 подключается операционный усилитель, осуществляющий преобразование суммы токов на входе в выходное напряжение (инвертирующее включение ОУ ).

Основные параметры ЦАП:

– время установления выходного тока: £ 5мкс;

– напряжения: Uип = +5...+17В, Uоп = -17...+17В;

– входное напряжение логического нуля: (0£Uвх£+0,8В);

– входное напряжение логической единицы: (+4,5£Uвх£Uип).

Основная схема включения ЦАП показана на рисунке10.33.

Рисунок 10.33

Если Uип = +15В + 10% и Uоп = +10,24В, то указанные в справочниках параметры выдерживаются достаточно точно. Если на вход ЦАП поступают цифровые сигналы с выхода ТТЛ схем, то схема включения ЦАП К572 ПА1 имеет вид, приведенный на рисунке10.34.

Рисунок 10.34

Если Uип = +5В, то выходы ТТЛ схем могут соединяться с цифровыми входами ЦАП напрямую без согласующих элементов. Но при этом справочные параметры схемы ухудшаются. Не задействованные цифровые входы ЦАП необходимо заземлять.

10.3.2.2 Расчет ЦАП К572 ПА1

В БИС ЦАП К572 ПА1 выполняется условие:

R=Roc и n=10.(10.25)

Поэтому выражения (10.21, 10.22, 10.23) принимают вид:

(10.26)

(10.27)

Коэффициент передачи ЦАП:

(10.28)

При Uоп=-10,24 В:

(10.29)

(10.30)

Если на вход данного ЦАП поступает 8-разрядный двоичный код, то возможны несколько вариантов использования микросхемы:

1-й – данные подаются на 8 входов, соответствующих младшим разрядам входного ДК, а оставшиеся старшие два входа заземляются. В этом случае коэффициент передачи равен 10 мВ/МЗР, а диапазон изменения выходного напряжения – от 0 до 2,55 В.

2-й – заземляются два входа, соответствующие младшим разрядам входного ДК, а на оставшиеся старшие входы подаются входные цифровые сигналы. В этом случае коэффициент передачи равен 40 мВ/МЗР, а диапазон изменения выходного напряжения: от 0 до (40

*255 [MЗР])=10200 мВ = 10,2 В.

10.3.3 ЦАП MAX506

На сегодняшнем рынке микросхем представлен широкий спектр СБИС ЦАП, среди которых распространенными являются микросхемы фирмы «MAXIM».

Ниже рассмотрена современная СБИС ЦАП фирмы «MAXIM» - МАХ506, выполненная по КМОП технологии. Она представляет собой четырехканальный 8 битовый ЦАП, а также выполняет функции шинного формирователя, регистров и схемы согласования уровней (см. рисунок 10.1).

10.3.3.1 Описание микросхемы MAX506

MAX506 может работать как от источника питания +5В, так и от двухполярного источника ±5В.

Потребляемый входной ток: 1мА при логических уровнях КМОП на цифровых входах и 2мА при ТТЛ.

Скорость изменения выходного сигнала: 0.7В/мкс

Время установления выходного сигнала: 6мкс

Диапазон рабочих температур: от -40°С до +85°С.

Суммарная погрешность преобразования - 1МЗР.

Внешний вид микросхемы и ее функциональная схема приведены соответственно на рисунках 10.35 и 10.36.

Рисунок 10.35

Рисунок 10.36

Схемы цифро-аналоговых преобразователей построены на обратной R-2R резисторной матрице (рисунок 10.38).

Адресные входы А0 и А1 в соответствии с таблицей 10.3 выбирают (определяют) какой из четырех ЦАП получает информацию с шины данных и осуществляет преобразование в данный момент времени. Когда на входе WR (запись) присутствует логический нуль (активный сигнал), входная информация запоминается в одном из четырех регистров-защелок, где хранится до следующей записи. Таблица 10.3 в схеме MAX506 реализована с помощью входной логики, включающей три инвертора и четыре трехвходовых конъюнктора.

Таблица 10.3 – Адресация ЦАП MAX506

	A1	AO	Состояние защелки
H	X	X	Входные данные изолированы от защелок
L	L	L	Входная защелка ЦАП A прозрачна
L	L	H	Входная защелка ЦАП B прозрачна
L	H	L	Входная защелка ЦАП C прозрачна
L	H	H	Входная защелка ЦАП D прозрачна

H - высокое состояние, L - низкое, X - не учитывается.

Схема MAX506 содержит 4-ре непосредственных ЦАП с выходом по напряжению, включающих обратную R-2R матрицу с суммированием напряжений (рисунок 10.38).

С помощью матрицы резисторов цифровое 8-разрядное слово, записанное в резистор-защелку, преобразуется в эквивалентное аналоговое напряжение, пропорциональное приложенному эталонному напряжению VREF.