logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Podstawy układów DAC: drabinka oporowa

ghost666 16 Wrz 2013 12:57 7554 0
  • 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

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    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.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
REKLAMA