5.3.   Цифро-аналоговые преобразователи с суммированием весовых токов

Цифро-аналоговый преобразователь с суммированием весовых токов состоит из параллельно соединенных через разрядные ключи двоично взвешенных резисторов, номиналы которых меняются по закону 2i, источника опорного напряжения UОП и нагрузки RН (рис. 5.5). В качестве ключей обычно используются переключатели на полевых транзисторах, управляемые значениями входного кода. Действие ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1 (рис. 5.5, а, ключ Si замкнут).

Пусть, например, требуется преобразовать двоичный четырехразрядный код в аналоговый сигнал тока. У четвертого, старшего значащего разряда вес будет равен: 23 = 8, у третьего разряда – 22 = 4, у второго – 21 = 2 и у младшего– 20 = 1.

Если вес младшего значащего разряда равен IМЗР = 1 мА, то вес старшего значащего разряда будет IСЗР = 8 мА, а максимальный выходной ток преобразователя IВЫХ.МАХ = 15 мА и соответствует коду 11112. Понятно, что коду 10012, например, будет соответствовать IВЫХ = 9 мА и т.д.

Следовательно, требуется построить схему, обеспечивающую генерацию и коммутацию по заданным законам точных весовых токов. Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 5.5, а.

Для преобразования выходного тока в напряжение используют схему, приведённую на рис. 5.5, б. Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице. Выходной ток определяется из соотношения:

.

При высокой разрядности ЦАП токозадающие резисторы должны быть согласованы с высокой точностью. Наиболее жесткие требования по точности предъявляются к резисторам старших разрядов, поскольку разброс токов в них не должен превышать тока младшего разряда. Поэтому разброс сопротивления в k-м разряде должен быть меньше, чем

DR / R = 2-k.

Из этого условия следует, что разброс сопротивления резистора, например, в четвертом разряде не должен превышать 3 %, а в 10-м разряде – 0,05 % и т.д.

Рассмотренная схема при всей ее простоте имеет ряд недостатков: