ЦАП с матрицей из взвешенных резисторов

Цифро-аналоговые преобразователи.

При построении ЦАП широкое распространение получил принцип суммирования токов, поступающих из цепей, каждая из которых отражает состояние текущего разряда двоичного кода. На рис. 10.3 представлена схема ЦАП с суммированием токов с матрицей из взвешенных резисторов. Транзисторы VT_i выполняют роль ключей и управляются разрядами X_i входного цифрового кода. Поскольку входное дифференциальное напряжение операционного усилителя ОУ принимается равным нулю (его прямой и инверсный входы эквипотенциальны), а его прямой вход привязан к нулевому потенциалу общего провода, то и на инверсном входе ОУ также присутствует нулевой потенциал. Поэтому, при наличии логической единицы в разряде X_i, на затвор соответствующего полевого транзистора VT_i поступает положительный отпирающий потенциал логической единицы. В результате чего транзистор открывается и замыкает соответствующую цепь с резистором R /2 ⁱ на вход ОУ. При наличии логического нуля в разряде X_i данный транзистор закрыт и соответствующая цепь разомкнута.

Рис. 10.3. Схема ЦАП с матрицей из взвешенных резисторов.

Считая, что потенциал на инверсном входе ОУ равен нулю по причине эквипотенциальности его входов, величина тока I_i в каждой из i -ой цепи при замыкании соответствующего ключа определяется номиналом R /2 ⁱ сопротивления в этой цепи:

;

;

………………….

;

…………………

,

где U_REF – постоянное стабильное опорное напряжение.

Считая, что все ключи находятся в замкнутом состоянии (во всех разрядах X_i присутствуют логические единицы), суммарный ток I _S, образованный суммой втекающих в один узел токов I_i, равен:

.

Поскольку для ОУ величина входного сопротивления для дифференциального сигнала велика и в первом приближении принимается равной бесконечности, то весь ток I _S, минуя ОУ, втекает в цепь отрицательной обратной связи с резистором R_оос. Тогда для U_вых можно записать:

.

Знак «-» перед выражением для U_вых является признаком подачи сигналов на инвертирующий вход ОУ. В случае произвольного кода X, т.е. при различных состояниях транзисторов VT_i, выражение для U_вых примет вид:

,

где X_i принимает значение нуля или единицы в зависимости от входного двоичного кода.

Из полученной формулы очевидно, что напряжение на выходе ЦАП пропорционально двоичному коду на входе и не зависит от сопротивления нагрузки. Недостатком приведенной на рис. 10.3 схемы является необходимость использования резисторов матрицы с номиналами, изменяющимися в широком диапазоне от R до R /2 ^{n -1}. Кроме того, номиналы этих резисторов должны выдерживаться с прецизионной точностью. Также в данной схеме существенное влияние на точность преобразования оказывают сопротивления каналов открытых ключей на транзисторах VT_i, поскольку каналы транзисторов образуют последовательное соединение с резисторами матрицы. Для минимизации погрешности преобразования, сопротивления резисторов матрицы должны быть много больше сопротивлений открытых каналов транзисторных ключей. Также для снижения влияния сопротивления открытых ключей токовые цепи с i -ми весовыми резисторами формируют на основе токостабилизирующих двуполюсников, что в значительной степени усложняет схему.

Дата добавления: 2015-05-09