ЦАП на источниках тока

ЦАП на источниках тока обладают более высокой точностью. В отличие от предыдущего варианта, в котором весовые токи формируются резисторами сравнительно небольшого сопротивления и, как следствие, зависят от сопротивления ключей и нагрузки, в данном случае весовые токи обеспечиваются транзисторными источниками тока, имеющими высокое динамическое сопротивление. Упрощенная схема ЦАП на источниках тока приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема ЦАП на источниках тока

Весовые токи формируются с помощью резистивной матрицы. Потенциалы баз транзисторов одинаковы, а чтобы были равны и потенциалы эмиттеров всех транзисторов, площади их эмиттеров делают различными в соответствии с весовыми коэффициентами. Правый резистор матрицы подключен не к общей шине, как на схеме рис. 4, а к двум параллельно включенным одинаковым транзисторам VT ₀ и VT _н, в результате чего ток через VT ₀ равен половине тока через VT ₁. Входное напряжение для резистивной матрицы создается с помощью опорного транзистора VT _оп и операционного усилителя ОУ1, выходное напряжение которого устанавливается таким, что коллекторный ток транзистора VT _оп принимает значение I _оп. Выходной ток для N -разрядного ЦАП.

(11)

Характерными примерами ЦАП на переключателях тока с биполярными транзисторами в качестве ключей являются 12-разрядный 594ПА1 с временем установления 3,5 мкс и погрешностью линейности не более 0,012% и 12-разрядный AD565, имеющий время установления 0,2 мкс при такой же погрешности линейности. Еще более высоким быстродействием обладает AD668, имеющий время установления 90 нс и ту же погрешность линейности. Из новых разработок можно отметить 14-разрядный AD9764 со временем установления 35 нс и погрешностью линейности не более 0,01%.

В качестве переключателей тока S_k часто используются биполярные дифференциальные каскады, в которых транзисторы работают в активном режиме. Это позволяет сократить время установления до единиц наносекунд. Схема переключателя тока на дифференциальных усилителях приведена на рис. 7.

Дифференциальные каскады VT₁–VT₃ и VT' ₁–VT' ₃ образованы из стандартных ЭСЛ вентилей. Ток I_k, протекающий через вывод коллектора выходного эмиттерного повторителя является выходным током ячейки. Если на цифровой вход D_k подается напряжение высокого уровня, то транзистор VT₃ открывается, а транзистор VT' ₃ закрывается. Выходной ток определяется выражением

Точность значительно повышается, если резистор R _э заменить источником постоянного тока, как в схеме на рис. 6. Благодаря симметрии схемы существует возможность формирования двух выходных токов – прямого и инверсного. Наиболее быстродействующие модели подобных ЦАП имеют входные ЭСЛ-уровни. Примером может служить 12-ти разрядный МАХ555, имеющий время установления 4 нс до уровня 0,1%. Поскольку выходные сигналы таких ЦАП захватывают радиочастотный диапазон, они имеют выходное сопротивление 50 или 75 ом, которое должно быть согласовано с волновым сопротивлением кабеля, подключаемого к выходу преобразователя.

Контрольные вопросы:

1. На какие виды разделяются ЦАП?

2. ЦАП с широтно-импульсной модуляцией?

3. Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах?

4. Параллельные ЦАП?

5. ЦАП с cуммированием весовых токов?

6. ЦАП на источниках тока?

Список использованой литератури

1. Лидовский В.И. Теория информации. - М., «Высшая школа», 2002г. – 120с.

2. Метрология и радиоизмерения в телекоммуникационных системах. Учебник для ВУЗов. / В.И.Нефедов, В.И.Халкин, Е.В.Федоров и др. – М.: Высшая школа, 2001 г. – 383с.

3. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. -. – М.: Энергоатом издат, 2005. - 440с.

4. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. М: Радио и связь, 2001 г. –368 с.

5. Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 г. – 1104 с.

Лекция № 15

Безвентельные счетчики

презинтацию подготовил

студент группы 4ФБЕ

Медведев Андрей

Лекция № 15

Безвентельные счетчики

План

1. Принцип построения безвентельного счётчика.

2. Вид произведения сомножителей (групп) для построения безвентельного счётчика.

3. Схема счётчика по модулю 3.

4. Плюсы безвентельных счётчиков.

Безвентильные счетчики

В практике проектирования применяется так называемый безвентильный способ постро­ения счетчиков с К_сч ≠ 2ⁿ. В основе построения таких счетчиков лежит извес­тный принцип организации счета по произвольному модулю на основе счет­чиков по модулю 2ⁿ + 1, позволяющих увеличивать модуль счета на единицу.

Для построения безвентильного счетчика с К_сч ≠ 2ⁿ требуемое значение К_сч необходимо представить в виде произведения сомножителей (групп), каждый из которых состоит из чисел степени 2 или степени 2 и добавочных единиц. Например, число 27 можно представить в виде произведения трех сомножителей, каждый из которых является степенью 2 плюс 1:

27 = (2 + 1)(2 + 1)(2 + 1). Это же число можно

записать в виде двух сомножителей:

27 = (8 + 1) (2 + 1)

или в виде:

27 = 2[4(2 + 1) + 1]+ 1.

Согласно первому разбиению числа 27 необходимо иметь три счетчика по модулю К_сч + 1, где К_сч = 2. Во втором случае необходимо иметь два счетчика по модулю К'_сч +1 и К_сч + 1, где К'_сч = 8, К_сч = 2. В третьем случае число 27 представлено в виде произведения двух сомножителей: цифры 2 (К_сч = 2), цифры в квадратных скобках (К_сч = 13) и добавочной единицы.

Прежде чем описать структуру счетчика по модулю 27, рассмотрим способ увеличения модуля счета на 1 на примере счетчика по модулю 3

на С_LFJK -триггерах (рис. 5.32). Исходное состояние счетчика нулевое

 

Рис. 1.5. Схема счетчика по модулю 3 на триггерах С_LFJK

(Q₁ ⁼ Q₂ ⁼ 0).В результате, первый разряд по входу J = Q₂ = 1 подготовлен к переключению в состояние 1, а второй по входу К = 1 — к подтверждению нулевого состояния. После окончания первого счетного импульса (Т_сч = 0) в счетчике установится код 01 (Q1 =1 Q2 = 0).

После окончания второго импульса в счет­чике установится код 10

(Q1 =0, Q2 = 1), по­скольку оба JK -триггера будут работать в ре­жиме T -триггера. Перед приходом третьего счетного импульса на входах J обоих триггеров присутствует уровень 0, а на входах К — уровень 1. В результате, после окончания третьего импульса оба триггера по входам К = 1 установятся в 0.

Имея счетчик с К_сч = 3, легко построить счетчик К_сч = 27 (рис. 5.33, а—в). Схемы счетчиков, изображенные на рис. 5.33, а,б, соответствующие перво­му и второму разбиению числа 27, реализуются на шести С₁JK -триггерах, а схема на рис. 5.33, в (третье разбиение числа 27) — на семи. Счетчик с аналогичным значением К_сч, построенный по одному из описанных выше способов с применением вентилей, реализуется на пяти триггерах.

Из рис. 5.33, а—в видно, что увеличение модуля счета какой-либо груп­пы счетчика (промежуточный счетчик) на 1 осуществляется на дополнительном (единичном) триггера С_LFJK. Единичный JK -триггер, в от­личие от всех других JK -триггеров своей группы, выполняющих функцию двоичного счета и имеющих только по одному входу J (вообще говоря, этими триггерами, за исключением триггера первого, младшего разила груп­пы, могут быть и T_F -триггеры), имеет число входов J, равное числу тригге­ров, предшествующих двоичных разрядов своей группы.

На вход K единичного триггера подается уровень 1, его тактирующий вход объединяется с тактирующим входом JK -триггера младшего разряда своей группы, выходы Q всех двоичных разрядов группы или внутрен­них групп подключаются к входам J единичного триггера, а выход Q единичного триггера подключается ко входу триггера младшего разряда своей группы. Выходом группы является выход Q единичного триггера. С выхода Q единичного триггера снимается сигнал для запуска следую­щей группы.

Если единичный триггер служит для увеличения на 1 коэффициента счета нескольких последовательно включенных групп и отдельных двоич­ных триггеров, каждый из которых в этом случае условно можно считать отдельной группой, то у единичного триггера число входов J должно рав­няться числу всех предшествующих групп и к этим входам необходимо под­ключить выходы Q всех предшествующих групп счетчика. Остальные связиединичного JK -триггера в схеме счетчика должны быть аналогичны ранее описанным. Вариант такого применения единичного триггера показан на рис. 5.33 для счетчика с К_сч = 27.

В табл. 5.8 приведено разбиение на группы многоразрядных безвентиль­ных счетчиков с К_сч > 32. Анализируя графы 2 и 3, следует отметить, что число триггеров в безвентильных счетчиках увеличивается лишь на один или два (исключая схему с К_сч = 59) по сравнению с обычным способом их построения на счетных триггерах с дополнительными вентилями. В ряде случаев безвентильные счетчики экономичнее счетчиков с вентилями. На­пример, счетчики с К_сч = 33, 34, 36, 40 и 48 требуют не менее двух дополнительных вентилей к шести счетным триггерам, в то время как их безвен­тильное исполнение требует только шесть триггеров С₁JK -типа.

Несмотря на простоту синтеза счетчиков с К_сч ≠ 2ⁿ по безвентильному способу, их недостатки весьма существенны. К ним относятся: недвоичный порядок счета; последовательное срабатывание разрядов и групп, объясня­ющее низкое быстродействие безвентильных счетчиков; большее по срав­нению с двоичным счетчиком число разрядных триггеров на счетчик для большинства значений К_сч; необходимость применения в ряде случаев С₁JK -триггеров с различным числом входов J.

а

в

Рис. 1.2. Варианты разбиения счетчика с Ксч = 27:

а- 3x3x3; б- 9x3; в- 26+1

Таблица 1.1. Построение безвентельных счетчиков с 32 ≤ Ксч ≤ 60

Контрольные вопросы:

1. Какой принцип лежит в построении безвентельных счётчиков?

2. В каком виде произведения сомножителей (групп) необходимо представить значение К_сч?

3. Какое имеет значение счетчик по модулю 3 после 3 импульса?

4. Какие счётчики экономичнее вентельные или безвентельные и почему?

список использованой литературы

1. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.Н. «Микроэлектронные схемы цифровых устройств». – М,: Сов. Радио, 1990. 415 с.

2. Фурсин Г.Н. Функциональные элементы инжекционной логики // Микроэлектроника. 1996. 254 с.

3. Мкртчан С.О. Преобразователи уровней логических элементов. – М.: Радио и связь, 1982. 96 с.

Дата добавления: 2014-01-06