Цифроаналоговые преобразователи

По принципу действия различают ЦАП с суммированием токов, делением и сложением напряжений. К основным статическим параметрам относятся разрешающая способность (шаг квантования), погрешность преобразования, диапазон выходных сигналов, смещение нулевого уровня, к динамическим – время установления выходного сигнала и предельная частота преобразования. Все эти характеристики так или иначе связаны с разрядностью ЦАП, т.е. количеством бит используемого входного кода.

Наиболее простую конфигурацию имеет ЦАП с суммированием токов на матрице взвешенных резисторов и ОУ (рис. 5.12), где k₃k₂k₁k₀ – входное четырехразрядное слово (четырехразрядный ЦАП) бинарного кода (БК) прямого замещения, а токи ветвей суммируются на входе ОУ таким образом, что на его выходе получается аналоговый эквивалент k₃k₂k₁k₀. Для примера рассмотрим значение k₃k₂k₁k₀ = 0001, в этом случае во входную цепь потечет ток  (точка U _вх – «виртуальный» нуль), где Е ₀ – опорное напряжение, следовательно, величина . Аналогично, слову k₃k₂k₁k₀ = 0011 будет соответствовать , слову k₃k₂k₁k₀ = 1111 – , т.е. в общем случае эта зависимость может быть выражена соотношением

                               ,               (5.12)

где ; k_i = 0,1. При этом погрешность определяется точностью подстройки значений резисторов, а основным недостатком является труднореализуемый в интегральных технологиях большой разброс номиналов R при значительном числе разрядов ЦАП.

Для устранения значительного разброса сопротивлений в структурах ИС с параллельной обработкой сигналов обычно используют резистивные  матрицы R – a R с пропорциональными величинами R_{i ­}. Пример такой матрицы типа R –2 R приведен на рис. 5.13 а, где независимо от числа используемых ветвей R _вх = R, т.е. . Реализация ЦАП со сложением токов на основе такой резистивной матрицы (рис. 5.13 б) обеспечивает получение аналогового значения

                                                (5.13)

при минимальном разбросе R. Параметры серийных ИС ЦАП и особенности их исполнения приведены в таблице 5.3, где практически все структуры ЦАП основаны на суммировании токов, поскольку схемы ЦАП с делением и сложением напряжений не обеспечивают каких–либо заметных преимуществ и распространены значительно меньше.

Таблица 5.3.

Тип	Число разрядов n	Время установления, мкс	Интегральная нелинейность, %	Особенность исполнения
КР572ПА1	10	5	0,1	Перемножающий на матрице R –2 R и КМОП–ключах
КР572ПА2	12	15	0,02	Перемножающий на матрице R –2 R и выходном регистре
К594ПА1	12	3,5	0,02	Со сложением токов на комбинированной резистивной матрице и БТ
К1108ПА1	10	0,4	0,02	Со сложением токов на комбинированной резистивной матрице и БТ–ключах
К1118ПА1	8	0,02	0,19	Со сложением токов на взвешенных резисторах и ЭСЛ–структурах
К1118ПА4	10	0,03	0,1	Быстродействующие на ЭСЛ–ключах

 

В последнее время появились конфигурации ИС ЦАП на основе структур с переключаемыми конденсаторами, что позволило устранить трудоемкую операцию лазерной подстройки номиналов резисторов. В результате была существенно повышена разрядность ЦАП (n = 16), а их разрешающая способность доведена до 10^-5.