Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: jak można wykorzystać mnożący DAC?

ghost666 04 Maj 2018 16:18 1671 0
  • Rzadko zadawane pytania: jak można wykorzystać mnożący DAC?
    Pytanie: Jak można wykorzystać mnożący DAC - inaczej niż jako zwykły przetwornik cyfrowo-analogowy?

    Odpowiedź: Większość przetworników cyfrowo-analogowych wykorzystuje się w aplikacji z stałym napięciem odniesienia - w takiej sytuacji napięcie (czy prąd) wyjściowy jest wprost proporcjonalny do iloczynu napięcia odniesienia i ustawionego na przetworniku kodu. W przypadku układów DAC mnożących, napięcie odniesienia może się zmieniać w czasie, często w bardzo dużym zakresie od -10 V do 10 V. Wyjście nadal jest iloczynem napięcia odniesienia i kodu cyfrowego, jednakże tutaj obie te wartości zmieniane mogą być dynamicznie.

    Aplikacje

    Pokazanym na poniższym rysunku 1 układ pełni rolę programowalnego wzmacniacza. Może on wzmacniać, tłumić lub odwracać fazę podawanego sygnału w stosunku do poziomu odniesienia. Tego rodzaju układ jest niezwykle przydatny w programowalnych generatorach, filtrach czy po prostu jako wzmacniacz programowalny w dowolnym urządzeniu, gdzie programowo trzeba zmieniać wzmocnienie i offset sygnału. Układ oparty jest o 14-bitowy mnożący przetwornik DAC AD5453 firmy Analog Devices.

    Rzadko zadawane pytania: jak można wykorzystać mnożący DAC?
    Rys.1. Układ z mnożącym DACem jako wzmacniacz z regulowanym wzmocnieniem (PGA).


    Obliczenia

    Napięcie wyjściowe układu opisane jest wzorem:

    $$V_{OUT} = -G \times \V_{IN} \times \frac {D} {2^n}$$ (1)


    Oczywiście napięcie wyjściowe ograniczone jest napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego na wyjściu. Dodatkowo uzależnione ono jest od kodu D podanego na przetwornik (n = 14, ponieważ przetwornik jest 14-bitowy). W pokazanym na rysunku 1 schemacie jako wzmacniacz wyjściowy wykorzystano op-amp ADA4632-1. W tej aplikacji jest on zasilany napięciem symetrycznym ±15 V, co ogranicza napięcie wyjściowe do poziomie ±12 V. Wzmocnienie G konfigurowane jest z pomocą dwóch oporników - R2 oraz R3. Jest ono opisane wzorem:

    $$G = \frac {R_2 + R_3} {R_2}$$ (2)






    Wszystkie oporniki w układzie - R1, R2 i R3 - powinny mieć taki sam temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR), który jednakże nie musi być taki sam jak TWR opornika znajdującego się w pętli sprzężenia zwrotnego w układzie DAC. Opornik R1 ma za zadanie dopasować rezystancję tego wewnętrznego opornika (RFB) do wartości rezystancji R2 oraz R3. Wartości te związane są ze sobą następującymi równaniami:

    $$R_1 + R{FB} = R_{FB} + R_1 \parallel R_3$$ (3)


    $$R_1 = R_2 \parallel R_3$$ (4)


    Dodatkowo, rezystory te trzeba dobrać w taki sposób, by op-amp był w stanie pracować dla maksymalnego napięcia wejściowego układu, które w tym przypadku wynosi ±10 V - takie jest maksymalne napięcie, jakie podać można na wejście napięcia odniesienia (VREF) przetwornika analogowo-cyfrowego.

    Pamiętać należy, że w tak skonstruowanym układzie napięcie polaryzacji wejścia wzmacniacza operacyjnego (IBIAS) mnożone jest przez (RFB + R2||R1), co przełożyć może się na spory offset napięciowy układu. Z tego też powodu do układu wybrano wzmacniacz ADA4637-1, gdyż charakteryzuje się on bardzo niskim prądem polaryzacji wejścia i ma bardzo mały jego offset napięciowy.

    Finalnie, aby zagwarantować stabilną pracę układu w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego oraz uniknąć generowania oscylacji, dodano kondensator 4,7 pF pomiędzy piny IOUT oraz RFB. Kondensator ten formuje filtr dolnoprzepustowy i jego montaż jest szczególnie mocno rekomendowany do pracy z szybszymi op-ampami.

    Jak wspomniano powyżej, napięcie offsetu wzmacniacza mnożone będzie przez wzmocnienie w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. W momencie, gdy wartość wzmocnienia zmieniana jest zewnętrznymi opornikami o wartość odpowiadającą krokowi przetwornika, napięcie offsetu dodawane jest do zadanej wartości, co może doprowadzić do błędów nieliniowości wyjścia. W momencie, gdy offset w układzie jest spory może dojść do zaburzenia monotoniczności przetwornika cyfrowo-analogowego. Aby ustrzec się przed tymi problemami, konieczne jest zastosowanie odpowiedniego op-ampa - o niskim prądzie polaryzacji wejścia i małym offsecie napięciowym.

    Zalety nad innymi układami

    Zasadniczo, klasyczne przetworniki DAC, które mają możliwość pracy z zewnętrznym napięciem odniesienia także mogą być stosowane w układach takich, jak pokazano na rysunku 1. Istnieje jednakże szereg różnic pomiędzy nimi a przetwornikami mnożącymi. Zwykłe DACe są w stanie działać jedynie z napięciem niesymetrycznym na wejściu odniesienia; dodatkowo - bardzo często jego napięcie jest mocno ograniczone. Podobnie jak amplituda napięcia odniesienia - bardzo mocno ograniczone jest jego pasmo. Parametr ten zawarty jest karcie katalogowej danego przetwornika pod nazwą pasma mnożenia. Dla typowego 16-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego, np. AD5664, pasmo to wynosi około 340 kHz. Mnożące układy DAC, takie jak zaprezentowany powyżej AD5453 pracować mogą z o wiele większym, bipolarnym napięciem odniesienia; także ich pasmo użyteczności w zakresie mnożenia sygnałów jest o wiele wyższe i wynosi dla tego układu 12 MHz.

    Podsumowanie

    Mnożące przetworniki DAC nie są zbyt popularnymi elementami, jednakże oferują one szereg ciekawych możliwości. Oprócz zalet w zakresie konstrukcji wzmacniaczy o programowalnym wzmocnieniu i szerokim pasmie, układy tego rodzaju są dobre do zastosowań w systemach mobilnych, zasilanych z baterii. Wynika to z niewielkiego zapotrzebowania na moc tych elementów - około 50 µW w przypadku prezentowanego tutaj układu.

    Źródło: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-152.html


    Fajne!