Сегментированные ЦАП

В идеале изменения на выходе ЦАП от одной величины до другой должны проходить монотонно. На практике на выходе наблюдаются выбросы, амплитуда которых зависит от номера переключаемого разряда (рис.28.8). Эти выбросы обусловлены неодновременностью переключения источников тока, особенно когда источник тока старшего разряда подключается раньше, чем отключаются источники тока младших разрядов.

Рис.28.8. Кодозависимые выбросы на выходе ЦАП

Для устранения этих недостатков применяются сегментированные ЦАП, в которых используются два вида преобразователей: ЦАП с суммированием токов (суммированием весовых токов, матрицей R-2R, с внутренними источниками тока) и простейшие строковые ЦАП с выходом по току или по напряжению (рис.28.9).

N-разрядная версия строкового ЦАП содержит 2 ^N равных по величине последовательно соединенных резисторов. Выходной сигнал снимается с соответствующего отвода замыканием одного из 2 ^N коммутаторов после декодирования N -разрядных данных. Строковые ЦАП с выходом по току имеют параллельно соединенные резисторы равных номиналов, требуемый ток задается одновременным замыканием ключей.

а)

б)

Рис.28.9. Строковые ЦАП с выходом по напряжению (а) и по току (б)

Эти схемы изначально обеспечивают монотонный сигнал и обладают малыми кодозависимыми импульсными помехами. Главным недостатком строковых ЦАП является большое количество резисторов и ключей, требуемых для реализации высокой разрешающей способности, поэтому они используются только в качестве компонента ЦАП более сложной структуры.

Принцип построения сегментированных ЦАП заключается в том, чтобы старшие разряды, дающие наибольшие погрешности, отделить от младших и преобразовать их в аналог с помощью строкового ЦАП, дающего малые кодозависимые помехи, младшие разряды преобразовать в аналог с помощью обычной двоичной схемы ЦАП, а на выходе произвести суммирование двух выходных сигналов, соответствующих младшим и старшим разрядам.

ЦАП с сегментированием представлен на рис.28.10. Пять старших разрядов декодируются из двоичного в позиционный код, который управляет строковым ЦАП.

Рис.28.10. Функциональная схема сегментированного 10-ти разрядного ЦАП

Входной 10-ти разрядный регистр предназначен для ввода и хранения входного двоичного параллельного кода. Дешифратор преобразует пять старших разрядов входного параллельного кода в позиционный 31-разрядный код. Таким образом второй 36-ти разрядный регистр хранит 31-ти разрядный позиционный код старших разрядов и пятиразрядный параллельный двоичный код пяти младших разрядов. Этот регистр необходим из-за задержки прохождения сигналов через дешифратор. Позиционный код поступает на строковый ЦАП, младшие пять разрядов – на двоичный ЦАП с параллельным входным кодом, как правило, с суммированием токов и с матрицей R-2R. На выходе токи этих двух ЦАП суммируются.

Максимальный уровень кодозависимой помехи, вызванной неодновременностью коммутации ключей, не превышает 3,1% от полной шкалы. Эти выбросы легко могут быть сглажены выходными фильтрами.

В 14-ти разрядном ЦАП АD 9772 Analog Devices, показанном на рис.28.11, используются три секции сегментации. Старшие пять разрядов (СЗР) полностью декодируются и управляют 31 токовым ключом с одинаковым весом, каждый из которых является источников для 512 уровней, соответствующим младшим разрядам. Следующие четыре разряда декодируются в 15 сигналов. Они управляют 15 токовыми ключами, каждый из которых является источником для 32 уровней, соответствующих следующим разрядам. Пять младших разрядов хранятся триггером и управляют традиционным двоичным ЦАП с одним разрядом на выход. Для реализации этой архитектуры требуется 51 токовый ключ и 51 триггер.

Рис.28.11. Функциональная схема 14-ти разрядного ЦАП AD 9772