Структура и алгоритм работы ЦАП

ЦАП представляет собой устройство, преобразующее информацию, выводимую с цифровых систем из цифрового вида в аналоговые уровни или другие параметры аналоговых сигналов. ЦАП сопрягает цифровую систему с датчиками, измерительными приборами, управляющими или исполнительными устройствами сложных многопараметровых объектов управления или систем сбора и обработки информации.

К настоящему времени разработаны и широко применяются несколько

разновидностей ЦАП, но в основе работы каждого из них заложен принцип

суммирования токов с разрядных генераторов тока с весовыми коэффициентами, пропорциональными цифровому коду, поступающему на вход ЦАП.

Значительное распространение получили ЦАП, построенные с последо-

вательно-параллельной цепочкой резисторов R-2R (рисунок 3.3.1).

Рисунок 2.2 – Схема, поясняющая принцип работы ЦАП с цепочкой

резисторов R-2R

В любом из узлов цепочки выходное сопротивление равно R. Например, в узле (1) выходное сопротивление определяется параллельным сопротивлением 2х резисторов с номиналами 2R, т.е. равно R. В узле (2) выходное сопротивление также будет равно значению R, т.к.

[ (2R||2R) + R] ||2R = R

Это свойство цепочки R-2R позволяет задавать разрядные токи на входе

суммирующего усилителя в масштабе, пропорциональном значению R и значению цифрового кода. Действительно, если использовать электронные ключи Кл^N на два положения, которые позволяют подключать резисторы 2R каждого узла (разряда) или к общей шине или к опорному напряжению U_оп, то в случае кода 100...000, когда включен ключ Кл^N старшего разряда, а остальные ключи находятся в положении "общая шина", ток на входе будет равен:

IN= U_оп/2R,

UN = (U_оп /2R) R = U_оп / 2.

Для кода 010...000 будет работать только ключ Кл^(N-1) и задавать ток:

IN-1= U_оп / 4R,

UN – 1 = (U_оп / 4R) R = U_оп /4.

Младший значащий разряд определяется кодом 000...001, который задает соответствующие ток и напряжение:

I 1= Uоп / 2N-1R,

U1= Uоп / 2N.

 

Таким образом, для любой из 2N кодовых комбинаций можно найти входной ток суммирующего усилителя и выходное напряжение по формуле:

IВХ= А Uоп /2N R,

UВЫХ= А Uоп /2N,

 

где: А - входной код ЦАП.

Преимуществом применения в ЦАП цепочки R-2R можно отметить легко поддающуюся точную подгонку номиналов резисторов, т.к. номиналы отличаются только в 2 раза. Однако, в ЦАП, построенных с применением цепочки R-2R, требуется в два раза больше резисторов и необходимы ключи на два положения, что также усложняет технологию производства этих ЦАП.

К основным параметрам ЦАП относятся:

1) разрешающая способность - число уровней квантования выходного сигнала (число двоичных разрядов входного кода).

2) интегральная нелинейность - отражает степень отклонения характеристики преобразования от идеальной характеристики (в частности от прямой линии).

3) время установления - время, требуемое для установления выходного сигнала ЦАП в пределах ± 1/2 МЗР для заданного изменения входного кода, например, при его изменении от нуля до полного значения шкалы.