Компьютерная схемотехника
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
а инвертирующий вход операционного усилителя. Если на вход i-го разряда поступает логический нуль, то ключ переключается в нижнее положение, и данная ветвь матрицы R-2R подключается к общей шине.
Так как матрица резисторов является линейной цепью, ее работу можно проанализировать методом суперпозиции, т.е. вклад в выходное напряжение от каждого источника (разряда) рассчитать независимо друг от друга. Вклады от каждого разряда суммируются на входе ОУ и на выходе получается результат в виде напряжения.
10.3.1 Расчет ЦАП на матрице R-2R c суммированием токов
Рассмотрим работу ЦАП, если в старшем разряде ДК присутствует логическая единица, а в остальных разрядах логические нули. Следовательно, ключ Клn-1 находится в верхнем положении и подключает ветвь РМ с резистором 2R ко входу ОУ, а остальные ключи находятся в нижнем положении и подключают остальные ветви матрицы к общей шине. Эквивалентная схема ЦАП для этого случая приведена на рисунке 10.31,а. Очевидно, что эквивалентное сопротивление РМ выше узла Мn-1 равно 2R. Так как потенциал инвертирующего входа ОУ близок к нулю, то входной ток I в узле Мn-1 делится на два равных тока I/2.
Для вывода выражения, определяющего выходное напряжение, примем, что ИМСОУ (DA) близка к идеальной, т.е. КU.ИМСОУ; Rвх, тогда U0, IИ0. Выходное напряжение
(10.17)
Учитывая, что источник опорного напряжения Uоп нагружен сопротивлением Rн=2R2R=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 (рисунок 10.32) 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: (0Uвх+0,8В);
входное напряжение логической единицы: (+4,5UвхUип).
Основная схема включения ЦАП показана на рисунке 10.33.
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 в