Резистивный ЦАП в петле резистивной обратной связи операционного усилителя (ОУ) позволяет создать аналого-цифро-аналоговый делитель. Сопротивление RWA между выводами W и A цифрового потенциометра (резистивного ЦАП) AD5293 с 1024 позициями движка (Рисунок 1) линейно уменьшается с увеличением цифрового управляющего кода D:
а значение RWB – сопротивление между выводами ЦАП W и B – увеличивается пропорционально D:
RAB – это постоянное значение сопротивления между концами цифрового потенциометра. Сопротивление RWA используется в схеме в качестве резистора обратной связи, а сопротивление RWB подключается между инвертирующим входом операционного усилителя и землей. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя становится равным
Выходное напряжение равно
Как входное напряжение, так и входные данные цифрового управления могут быть функциями времени, а тактовая частота для выборки цифровых входных данных может достигать 50 МГц.
 |
|
| Рисунок 1. | Резистивный ЦАП-потенциометр, образующий цепь обратной связи операционного усилителя, устанавливает усиление операционного усилителя, значение которого обратно пропорциональное числовому эквиваленту входного цифрового кода. Таким образом, схема становится двухквадрантным делителем. |
В технической документации на потенциометр указаны паразитные емкости его выводов A, B и W относительно земли. Тщательное измерение емкостей на этих выводах дает достаточно информации для определения емкости между выводами.
Оценка измеренных данных показывает, что прямая емкость между выводами A и W в среднем положении движка составляет всего 2.4 пФ:
Если исходить из того, что пять сегментов потенциометра топологически выстроены в цепочку, то прямая взаимная емкость между концами A и B потенциометра равна
Емкость на один из пяти сегментов потенциометра составляет
где X = ½ обозначает середину шкалы резистивного ЦАП.
Пятиступенчатая распределенная RC-линия потенциометра имеет постоянную времени
где сопротивление RAB равно 20 кОм. Емкость движка CW относительно земли, равная 40 пФ, намного больше, чем взаимные емкости, и создает постоянную времени:
Цепь обратной связи усилителя частотно скорректирована для τSEGM ≈ τW. Таким образом, можно рассчитать сопротивление RWB как 600 Ом, а это означает, что усиление по напряжению усилителя равно 32.3. Для коэффициентов усиления больше 32.3 влияние CW становится незначительным, и беспокоиться об устойчивости усилителя не нужно. Чтобы подавить дифференцирующий характер усилителя для значений усиления от двух до 32.3, можно добавить компенсирующий конденсатор емкостью 40 пФ, включенный параллельно части цепи обратной связи потенциометра. Таким образом, усилитель будет иметь интегрирующий характер для всех коэффициентов усиления вплоть до значения, равного двум.
Значение делителя Y задается вводом управляющего слова через стандартный интерфейс SPI. После включения питания необходимо сначала выключить защиту резистивного ЦАП от записи. Для этого следует записать единицу в управляющий бит C1, поскольку по умолчанию он равен нулю. Это делается с помощью управляющего слова C3, C2, C1 и C0, которое должно содержать код 0110, для чего желаемые значения C2 и C1 записываются в позиции данных D2 и D1. После выполнения этих шагов движок перемещают в положение, в котором управляющие биты C3, C2, C1 и C0 равны 0001, а биты данных от D9 до D0 представляют коэффициент усиления как 1024/D.
Купить AD5293 на РадиоЛоцман.Цены
