Резисторная матрица типа R-2R
От перечисленных выше недостатков свободна схема ЦАП, показанная на рис.7. Теперь используются резисторы только двух номиналов – R и 2R, что значительно облегчает их изготовление с необходимой степенью точности. Кроме того, матрица типа R-2R обладает постоянным - равным 3R - сопротивлением, которым нагружен источник опорного напряжения (независимо от положения ключей).
Определим напряжение на выходе матрицы типа R-2R, если в правой позиции находится только ключ 8 (рис.8). Пользуясь методом эквивалентных схем (схем замещения), будем шаг за шагом заменять два параллельно включенных резистора 2R на один R (рис.8 и 9), а затем два последовательно включенных резистора R на один 2R (рис.9 и 10) и т.д. В результате получим схему делителя опорного напряжения (рис.15), из которой следует, что выходное напряжение в данном случае в 3 раза меньше опорного.
При подаче опорного напряжения на следующую узловую точку (в правой позиции находится только ключ 4) выходное напряжение уменьшается в 2 раза, в чем легко убедиться, выполнив описанные выше операции с использованием метода схем замещения. При этом предпоследняя схема имеет вид, показанный на рис.16, а последняя – на рис.17. Схемы на рис.15 и 16 эквивалентны, что доказывает постоянство входного сопротивления резисторной матрицы типа R-2R. Делитель напряжения (рис.17) позволяет найти выходное напряжение, которое в данном случае в 6 раз меньше опорного. Аналогично показывается, что при правой позиции только 2 или 1 ключа, выходное напряжение будет соответственно в 12 или 24 раза меньше опорного.
Следовательно, число, на которое нужно разделить опорное напряжение, чтобы рассчитать соответствующий МЗР уровень сигнала, находится так: 2 следует возвести в степень n - 1 (n - количество разрядов) и полученный результат умножить на 3. Выходное напряжение затем определяется умножением этого уровня сигнала на сумму весовых кодов находящихся в правой позиции ключей.
Электронные ключи.
Матрицы резисторов ЦАП построены так, чтобы весовые коды ключей и соответствующих разрядов регистра, хранящего информацию о преобразуемом цифровом сигнале, были одинаковы. При этом сигналы с прямого и инверсного выходов каждого разряда регистра поступают на управляющие входы пар транзисторных ключей. Один из ключей пары обеспечивает подачу опорного напряжения, а другой - заземление резистора матрицы.
В схемах электронных ключей ЦАП обычно используются МОП– транзисторы с индуцированным каналом.