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%.