Схемные решения узлов цап

Операционный усилитель здесь используется в масштабном включении. Сопротивление R_б устанавливается для компенсации погрешностей из-за разницы входных токов ОУ. Его величина выбирается равной эквивалентному сопротивлению младшего разряда ЦАПТ. Коэффициент усиления ОУ следует выбирать максимально возможным (около 10⁶), входной ток должен составлять единицы наноампер. Обычно U_пит =±15 В, U_вых =±12 В. Допустимый ток нагрузки – десятки миллиампер. Таким образом, после ОУ может потребоваться дополнительный усилитель напряжения или усилитель тока.

Организация выхода ЦАП. Преобразование двоичного входного кода в аналоговый вид может быть представлено двумя способами: током, который пропорционален значениям кода или в виде напряжения. Большинство современных ЦАП имеют выход по напряжению, причем часть преобразователей имеет выходное напряжение с установленным коэффициентом усиления, другие приборы имеют на выходе операционный усилитель без «обвязки». В этом случае с помощью внешних резисторов можно установить желаемый коэффициент усиления выходного сигнала (рис. 9.2,а). С помощью такого операционного усилителя и двух внешних компонентов можно организовать токовый выход ЦАП (рис. 9.2,b).

Рис. 9.2.  ЦАП с регулируемым выходом по напряжению (a); ЦАП с токовым выходом (b)

Современные цифро-аналоговые преобразователи работают с однополярным питанием. Однако они могут выдавать биполярный выходной сигнал, если добавить внешний биполярный усилитель, определить среднее значение от мак­си­мального выходного напряжения ЦАП и принять его за ноль.

О сновные варианты организации схем ЦАПТ рассмотрены в /2/. В частности, в данной работе будет исследоваться ЦАП тока на структурах R-2R, схема которого имеет вид, приведенный на рис. 9.3.

В качестве регистров ввода данных в ЦАП используются либо параллельные регистры общего назначения, известные из курса цифровой электроники, либо узлы, встроенные в микросхему ЦАП. Информация в регистр заносится из УУ либо параллельным кодом D по выбранному адресу А при подаче команды WR (см. рис. 9.1), либо через последовательный интерфейс. Преимущества первого варианта – быстрая передача данных и простой протокол связи. Однако распределенное исполнение систем управления РТК требует уменьшения числа линий связи и достигается это за счет последовательной передачи данных. Протокол последовательного периферийного интерфейса (SPI) и микросхемы, с ним связанные, сегодня занимают уже большую долю рынка ЦАП, многие из них работают также с двухпроводным I²С-совместимым интерфейсом (эти интерфейсы будут рассмотрены в курсе «Управляющие ЭВМ»). Часто требуется гальваническая развязка линии данных. Наиболее просто это осуществляется именно при последовательном интерфейсе – с помощью минимального количества оптронных приборов.

Б азовый вариант схемы источника опорного напряжения приведен на рис.9.4. Значение его выходного сигнала вычисляется по формуле

. (9.4)

Здесь U_СТ – напряжение стабилизации стабилитрона VD1.

Источники опорного напряжения выполняются на высококачественных операционных усилителях (коэффициент усиления порядка 10⁶, входные токи – единицы пикоампер, малая температурная зависимость напряжения смещения и входных токов). Элементом задания стабильного напряжения служит стабилитрон VD1, который следует выбирать термокомпенсированным, т.е. с напряжением стабилизации, мало зависящим от температуры. С помощью токозадающего резистора R_C задается номинальный ток стабилизации. Существуют ИОН, выполненные в виде готовых интегральных схем (ИМС фирм Analog Device, MAXIM и др.).