Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Podstawy układów DAC: drabinka oporowa

ghost666 16 Sep 2013 12:57 7323 0
IGE-XAO
  • Podstawy układów DAC: drabinka oporowa


    W poprzednim poście omawialiśmy strukturę przetwornika opartego o najprostszą drabinkę oporową, tzw. string. Opis ten można znaleźć tutaj - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2643702.html W poniższym artykule omówimy bardzo podobną architekturę przetwornika cyfrowo-analogowego opartego o drabinkę R-2R, a także MDAC, czyli przetwornik mnożący.

    Jak opisywaliśmy poprzednia największymi ograniczeniami string DACa są problemy pojawiające się podczas realizacji przetwornika o dużej rozdzielczości. Głównym wyzwaniem jest zachowanie liniowości układu. Problem wynika bezpośrednia z faktu iż ilość oporników potrzebna do budowy układu wzrasta wykładniczo z rozdzielczością przetwornika (jeśli oczywiście nie zastosuje się sprytnych trików podczas implementacji układu, takich jak kaskady oporników czy wzmacniacza interpolujące). Jedną z metod obejścia tego problemu jest zastosowania architektury z drabinką R-2R. W takim układzie stosujemy drabinkę która pozwala na wygenerowanie odpowiednich wag sygnału analogowego z wykorzystaniem struktury pokazanej na poniższej ilustracji:

    Podstawy układów DAC: drabinka oporowa


    W takim układzie każdy bit przetwornika DAC skonstruowany jest z wykorzystaniem dwóch oporników - o oporze R oraz 2R - oraz jednego przełącznika który przełącza się pomiędzy wyjściem z drabinki dzielącej napięcie odniesienia oraz masą, w zależności od kodu na wejściu przetwornika. Dodatkowo w układzie zazwyczaj wbudowuje się bufor wyjściowy sygnału. Jeśli układ wydaje się niejasny, a jego zasada działania trudna do zrozumienia można narysować ten schemat w jakimkolwiek programie do symulacji układów elektronicznych - autor proponuje tutaj oprogramowanie TINA-TI firmy Texas Instruments. Pozwoli to na zrozumienie jak działa układ i co powoduje zmiana położenia dowolnego z przełączników.

    Impedancja wejścia napięcia odniesienia w przetworniku o takiej architekturze zależna jest od aktualnego kodu, w związku z tym zaleca się dodanie bufora napięcia odniesienia. Jest to szczególnie istotne w przypadku gdy układ pracować ma z dużą częstotliwością. Pozwoli to na ustabilizowanie napięcia odniesienia w warunkach szybko zmieniającej się impedancji wejścia układu co pozwoli zmniejszyć czas stabilizacji wyjścia przetwornika DAC.

    MDAC, czyli przetwornik mnożący używa bardzo podobnej architektury - taka sama jest drabinka R-2R, jedyną różnicą jest pozycja wejścia napięcia odniesienia i wyjścia układu są z sobą zamienione. W ten sposób drabinka R-2R pracuje jako dzielnik prądu, a nie dzielnik napięcia. Jako bufor w opisywanym układzie stosuje się wzmacniacz transimpedancyjny, pełniący rolę konwertera prąd-napięcie, dzięki czemu sygnał wyjściowy z układu jest sygnałem napięciowym. Najczęściej bufor wyjściowy nie jest zintegrowany jest z układem, ale wewnętrzny jest opornik służący do ustalenia wzmocnienia transimpedancyjnego bufora wyjściowego. Dzięki takiej topologii opornik bufora wyjściowego jest lepiej dobrany do impedancji drabinki oporowej w układzie, tak jeśli chodzi o wartość bezwzględną jak i o parametry takie jak dryft czy TWR.

    Brak zintegrowanego bufora wyjściowego w układach MDAC może wydawać się ich poważną wadą, jednakże jest zupełnie odwrotne i zewnętrzny bufor może być bardzo pomocny w wielu aplikacjach tego typu przetworników. Po pierwsze pozwala to na elastyczniejsze projektowanie urządzenia. W prostszych aplikacjach możliwe jest dobranie słabszego, czyli tańszego układu, co pozwala na ograniczenie kosztów. Z kolei w układach od których wymaga się lepszych parametrów zaaplikować można a bufor o lepszych parametrach lub zrealizować bufor z elementów dyskretnych.

    Podstawy układów DAC: drabinka oporowa


    Jeśli chodzi o parametry opisanych powyżej przetworników to oba układy - zwykłe przetworniki z drabinką R-2R i przetworniki mnożące - mają podobne charakterystyki w związku z czym zostaną omówione równocześnie.

    Jako że w układach tych stosowane jest znacznie mniej oporników niż w omawianych poprzednio przetwornikach DAC możliwe jest niezależne trymowanie każdego z oporników co z kolei przekłada się na znacznie lepszą liniowość tych układów. Z drugiej strony trymowane oporniki zajmują znacznie więcej miejsca niż klasyczne, w związku z czym obudowy omawianych przetworników są zazwyczaj większe. Z kolei przetworniki R-2R i MDAC charakteryzują się większą energią niepożądanych pików podczas przełączania kodów. Wynika to w prost z faktu że dla niektórych przejść konieczne będzie przełączenie większej ilości przełączników niż jeden - w skrajnym przypadku wszystkich - naraz. Podsumowując, układy DAC oparte o drabinkę R-2R charakteryzują się:

    * Doskonałymi parametrami INL oraz DNL
    * Średnią lub wysoką energią wyzwalaną podczas przełączania kodów
    * Zazwyczaj większymi obudowami niż inne układu

    Przetworniki cyfrowo analogowe tego typu spotyka się w zasadzie w każdej dziedzinie elektroniki, gdzie potrzebne są ich wysokie parametry. Aplikacje rozpościerają się od układów automatyki poprzez sprzęt pomiarowy a kończą na innej precyzyjnej aparaturze. Układy MDAC mają dodatkowo szereg innych aplikacji i z uwagi na brak buforów wejściowych sygnału odniesienia mogą być stosowane w generatorach lub modulatorach AC. Jeśli jesteście zainteresowani układami o tej architekturze warto sprawdzić następujące układy produkcji Texas Instruments: DAC8811, DAC8822, DAC8734, DAC9881, DAC8881, or DAC7654.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...05/29/dac-essentials-the-resistor-ladder.aspx

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11104 posts with rating 9414, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • IGE-XAO