Высокоскоростные ЦАП имеют дифференциальные выходы, однако для несложных приложений переменного тока или высокоточных систем задания пороговых уровней ЦАП с несимметричным токовым выходом, дополненные преобразователем несимметричного сигнала в дифференциальный, позволяют по новому подойти к функциям управления формированием дифференциальных сигналов. Базовая схема на Рисунке 1 объединяет в себе токовый ЦАП IC1, такой, например, как 8-разрядный ЦАП AD5424, с каскадом на операционных усилителях (ОУ) IC2, IC3A и IC3B, преобразующим несимметричный сигнал в дифференциальный для формирования требуемых выходных сигналов. Для приложений с двуполярным питанием выбирается однополярный режим работы ЦАП, что позволяет достичь оптимальных характеристик ЦАП. При использовании одного операционного усилителя ЦАП обеспечивает двухквадрантное умножение или выходное напряжение одной полярности. На выходе ЦАП требуется добавление буфера, поскольку с изменением кода, подаваемого на вход ЦАП, изменяется его выходное сопротивление.
 |
|
| Рисунок 1. | Эта базовая схема объединяет в себе токовый ЦАП IC1 с каскадом на операционных усилителях IC2, IC3A и IC3B, преобразующим несимметричный сигнал в дифференциальный для формирования требуемых выходных сигналов. |
Выходное напряжение схемы определяется формулой
где
N – количество входных бит,
VREF – опорное напряжение,
D – десятичный эквивалент двоичного кода.
Чтобы получить положительное синфазное напряжение, используется отрицательное опорное напряжение ЦАП. Внутренняя конструкция ЦАП рассчитана на входные переменные опорные напряжения от –10 до +10 В. В этом режиме ЦАП обеспечивает максимальную скорость обновления 5 Мвыб/с при изменении кода на четверть полной шкалы при работе от источника питания 5 В. Резисторы R1 и R2 необходимы только в том случае, если в приложении требуется изменяемый коэффициент усиления.
Каскад преобразования несимметричного сигнала в дифференциальный состоит из двух перекрестно соединенных ОУ, сконфигурированных как повторители с единичным усилением резисторами R5 и R6. Для получения симметричной схемы выходы каждого усилителя через резисторы R7 и R8 управляют входом другого как инверторы с единичным усилением. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход ОУ IC2, задает уровень синфазного напряжения схемы. Резисторы R3 и R4 устанавливают амплитуду дифференциального напряжения.
Для приложений с однополярным питанием можно использовать ЦАП с токовым выходом в обратном режиме, когда опорное напряжение VIN подается на вывод ЦАП IOUT1, а выходное напряжение снимается с вывода VREF (Рисунок 2). В такой конфигурации при положительном опорном напряжении выходное напряжение также положительное. В этой схеме не используется резистор обратной связи ЦАП RFB, а его подключение к выводу IOUT1 предотвращает влияние паразитных емкостей. Вход опорного напряжения ЦАП «видит» сопротивление, который изменяется в зависимости от подаваемого кода, поэтому для него требуется низкоомный источник.
Обратите внимание, что напряжения исток-сток переключателей в лестничной цепочке резисторов ЦАП теперь перестали быть одинаковыми, что, в свою очередь, ограничивает входные напряжения низкими значениями. В результате сопротивления открытых переключателей становятся различными, и линейность ЦАП ухудшается. Кроме того, в таком режиме максимальная скорость обновления ограничена значением 1.5 Мвыб/с. Для буферизации входа ЦАП и усиления выходного напряжения ЦАП можно использовать секции сдвоенного операционного усилителя (Рисунок 3). Выбор вспомогательных усилителей определяется назначением схемы. Для низкоскоростных точных приложений требуются ОУ с низким входным током смещения и низким входным напряжением смещения, чтобы избежать ухудшения дифференциальной нелинейности ЦАП. В прецизионных приложениях также важен низкочастотный шум операционного усилителя. Для использования в схемах с однополярным питанием идеально подходят усилители с rail-to-rail входами и выходами.
В высокоскоростных системах скорость нарастания операционного усилителя не должна существенно превышать скорость нарастания сигнала ЦАП. Полоса пропускания ОУ должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать нагрузку в обратной связи, и не должна ограничивать общую полосу пропускания схемы, а время установления выходного напряжения ЦАП должно определять максимальную скорость обновления схемы.
 |
|
| Рисунок 2. | В такой конфигурации при положительном опорном напряжении выходное напряжение также положительное. |
ЦАП потребляет ток всего 0.4 мкА, и, таким образом, в энергопотреблении схемы доминируют операционные усилители. Для минимизации площади, занимаемой схемой на печатной плате, можно заменить все четыре ОУ на Рисунке 2 одним счетверенным ОУ AD8044. Преобразование несимметричного сигнала оцифрованной по восьми точкам синусоиды в дифференциальный сигнал при наличии синфазного напряжения 1.4 В и дифференциального сигнала 0.6 В дает дифференциальную пару выходных сигналов (Рисунок 3).
 |
|
| Рисунок 3. | Преобразование несимметричного сигнала оцифрованной по восьми точкам синусоиды в дифференциальный сигнал дает дифференциальную пару выходных сигналов. |
Купить AD5424 на РадиоЛоцман.Цены
