Digitális-analóg átalakítók (trunnion)

9.16. Digitális és analóg átalakítók (DAC)

A cél az, hogy a bináris számként definiált mennyiséget (vagy többszámjegyű bináris számot) a digitális bemenet értékével arányos feszültségre vagy áramra konvertálja. Tekintsünk néhány átfogó konvergenst.

A skálázási ellenállások bekapcsolása az összegző csatlakozásban.

Ahogy már láttuk a Sec. Az operatív erősítő összegző bemenetéhez több ellenállást csatlakoztatva a kimeneten a bemeneti feszültségek súlyozott összegével arányos kimenet érhető el (9.45. Ábra). Az áramkör kimeneti feszültsége 0-tól 10 V-ig terjed, és a maximális kimenet megfelel a 64-es bemeneti számnak. Valójában a maximális bemeneti szám mindig egyenlő, vagyis minden számjegy "1" -es. Ebben az esetben a maximális bemeneti szám 63, és a megfelelő kimeneti feszültség

Megváltoztatva a visszacsatoló ellenállás, lehetséges annak biztosítása, hogy a hozam között mozgott 0 - 6,3 V (.. Azaz, hogy a kimeneti voltban lenne számszerűen egyenlő a bemeneti számot -1/10) lehet hozzáadni, egy invertáló erősítőt, vagy állandó váltson át az összegző bemenetre, hogy pozitív kimenetet kapjon. A bemeneti ellenállások értékeinek megváltoztatásával megfelelően átalakíthatja a többjegyű bináris tizedes bemeneti kódot vagy bármely más súlyozott kódot. A bemeneti feszültségeknek meg kell felelniük a pontos szabványoknak; Minél alacsonyabb a bemeneti ellenállás értéke, annál pontosabbnak kell lennie. Természetesen a kapcsolási ellenállásnak kisebbnek kell lennie, mint a legkisebb ellenállás értéke; ez egy fontos megfigyelés, mivel az összes valós áramkör átkapcsolása tranzisztorokkal vagy MOSFET-kapcsolókkal történik. Ezt a konverziós módszert csak gyors, alacsony pontosságú konvertereknél használják.

9.2. Projekt számjegyű bináris kódolt DAC. A 0-tól cseppig terjedő bemeneteket használja, a kimenetnek 0 és 9,9 V között kell lennie.

Lánc-R-2R rendszer.

Az ellenállások skálázási módszere kényelmetlenül alakul, ha sok bit átvált. Például egy -bit átalakító esetén az ellenállások értékeinek aránya a legkisebb ellenállás megfelelő pontosságával kell számolni. A lánc, amely a 3. ábrán látható. 9.46, elegáns megoldást jelent a problémára. Itt csak 2 ellenállási értékre van szükség, amelyek bináris skálázással rendelkező áramokat képeznek. Természetesen az ellenállásokat pontosan illeszteni kell, bár a tényleges értékek nem annyira jelentősek. Ez az áramkör állítja elő a kimeneti feszültséget 0 -10 V teljes kimeneti, amely megfelel a 16. számú (ismét a maximális bemeneti szám egyenlő 15, amikor a kimeneti feszültséget BCD átalakítás használják számos módosítást -scheme.

Ábra. 9.46. Létra típusa.

9.3. Mutassa meg, hogy a fenti. megfelelően végzi el a konverziós funkciót.

A skálázási áramforrások.

A fenti áramkörben az operációs erősítő átalakítja a bináris méretű áramokat kimeneti feszültségre. Sok esetben a kimeneti feszültség a legalkalmasabb jel, de a működési erősítők általában a konverter leglassabb részét alkotják. Ha olyan átalakítót használ, amelynek aktuális kimenete van, a legjobb tulajdonságokat alacsonyabb áron érheti el.

Ábra. A 9.47 az általános elképzelést szemlélteti.

Az áramok a tranzisztoros áramforrások mátrixával alakíthatók ki, skálázó emitter ellenállókkal, bár az IC-gyártók inkább emitterrezisztens láncot használnak. Az ilyen típusú legtöbb átalakítóban az áramforrások folyamatosan bekapcsolnak, és kimeneti áramuk a digitális bemeneti kód vezérlésével kapcsolódik a kimeneti érintkezőhöz vagy a földhöz. Az aktuális kimeneten levő DAC-ban figyelembe kell venni a kimeneti tartomány korlátait; csak 0,5 V-ot képes elérni, bár tipikus értéke több volt.

A kimeneti feszültség jelének kialakítása.

A jelenlegi DAC kimeneti feszültségének számos lehetséges módja van. Néhányuk a 3. ábrán látható. 9.48. Ha a terhelés kapacitása kicsi, és a szükséges feszültségcsökkenés elég nagy, akkor a földhöz kötött hagyományos ellenállású áramkör tökéletesen működik. Egy tipikus teljes kimeneti áram mellett a 100 ohmos terhelésellenállás 100 ohm kimeneti impedanciájú teljes kimeneti feszültséget biztosít. Ha a DAC kimenet teljes kapacitása és a terhelhetőség nem haladja meg, akkor az előző példában megadott beállítási idő 100 ns lesz, feltételezve, hogy a DAC teljesítmény valamivel magasabb.

Ábra. 9.48. Feszültség kialakítása a DAC aktuális kimenetén.

Az állandó lánc hatásának elemzésével ne felejtsük el, hogy a kimeneti feszültség egy 1/2 LSB pontossággal kerül megállapításra többszörösen állandó időtartamra. Például a kimeneti kiegyenlítési idő 1/2048 pontossággal a bit átalakítóhoz képest 7,6-szerese a lánc időállandójának.

Annak érdekében, hogy nagy feszültségcsökkenést, vagy alacsony kimeneti terhelésnek vagy nagy terhelési kapacitásnak megfelelő kimenetet érhessen el, az ábrán látható ellenállási visszajelzéssel ellátott áramkör (feszültségkiáramlású erősítő) használható. A stabilitás biztosítása érdekében egy kondenzátor, egy sönt visszacsatoló ellenállás szükséges, mivel a DAC kimeneti kapacitása és a visszacsatoló ellenállás egy késleltetett fázissorrendet eredményez; ez sajnos csökkenti az erősítő sebességét. A rendszernek egy érdekes tulajdonsága van: a nagy sebességű, még olcsó DAC megtartása viszonylag drága nagysebességű (rövid üzembe helyezési idővel) operatív erősítőt igényelhet. A gyakorlatban az utóbbi áramkör jobb tulajdonságokkal rendelkezik, mivel nem igényel kompenzáló kondenzátort. Próbálja meg elkerülni a nyírófeszültség hibáit - a működési erősítő 100-szor erősíti a bemenő nyírófeszültséget.

A kereskedelemben kapható DAC modulok 6-18 bit pontossággal és 22 ns letapogatási idővel rendelkeznek (a legmagasabb pontosságú DAC). A DAC árai néhány dollártól néhány száz dollárig terjednek. Egy tipikus széles körben elterjedt egység egy béta átalakító, amely reteszt és belső referenciaforrást tartalmaz, és egy ülepedési idő egy feszültség kimenetével egyenlő. Az ára körülbelül 10 dollár.