Параллельный ЦАП с суммированием весовых токов
Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, каждый из которых пропорционален весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1. Пусть, например, требуется преобразовать двоичный четырехразрядный код в аналоговый сигнал тока. У четвертого, старшего значащего разряда (СЗР) вес будет равен , у третьего разряда —
, у второго —
и у младшего (МЗР) —
. Если вес МЗР Iмзр = 1 мА, то Iсзр = 8 мА, а максимальный выходной ток преобразователя /вых тах= 15 мА и соответствует коду
. Понятно, что коду
, например, будет соответствовать Iвых = 9 мА и т.д.
Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице. Выходной ток определяется соотношением
При высокой разрядности ЦАП токозадающие резисторы должны быть согласованы с высокой точностью. Наиболее жесткие требования по точности предъявляются к резисторам старших разрядов, поскольку разброс токов в них не должен превышать тока младшего разряда. Поэтому разброс сопротивления в к-м разряде должен быть меньше, чем Из этого условия следует, что разброс сопротивления резистора, например, в четвертом разряде не должен превышать 3%, а в 10-м разряде — 0,05% и т.д. Рассмотренная схема при всей ее простоте обладает целым букетом недостатков. Во-первых, при различных входных кодах ток, потребляемый от источника опорного напряжения (ИОН), будет различным, а это повлияет на величину выходного напряжения ИОН. Во-вторых, значения сопротивлений весовых резисторов могут различаться в тысячи раз, а это делает весьма затруднительной реализацию этих резисторов в полупроводниковых ИМС.
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 данком случае весовые токи обеспечиваются транзисторными источниками тока, имеющими высокое динамическое сопротивление.
Упрощенная 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. 10.5, а к двум параллельно включенным одинаковым транзисторам и
, в результате чего ток через
равен половине тока через
Входное напряжение для резистивной матрицы создается с помощью опорного транзистора
и операционного усилителя
, выходное напряжение которого устанавливается таким, что коллекторный ток транзистора
принимает значение
. Выходной ток для N-разрядного ЦАП
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 не и ту же погрешность линейности. Из новых разработок можно отметить 14-разрядный AD9764 со временем установления 35 не и погрешностью линейности не более 0,01%.