Последовательные ЦАП
ЦАП с широтно-импульсной модуляцией
Очень часто ЦАП входит в состав микропроцессорных систем. В этом случае, если не требуется высокого быстродействия, цифро-аналоговое преобразование может быть очень просто осуществлено с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Схема ЦАП с ШИМ приведена на рис. 1а.
Рис. 1. ЦАП с широтно-импульсной модуляцией
Проще организуется цифро-аналоговое преобразование в том случае, если микроконтроллер имеет встроенную функцию широтно-импульсного преобразования (например, AT90S8515 фирмы Atmel или 87С51GB фирмы Intel). Выход ШИМ управляет ключом S. В зависимости от заданной разрядности преобразования (для контроллера AT90S8515 возможны режимы 8, 9 и 10 бит) контроллер с помощью своего таймера / счетчика формирует последовательность импульсов, относительная длительность которых g = T и / Т определяется соотношением
где N - разрядность преобразования, а D - преобразуем код. Фильтр нижних частот сглаживает импульсы, выделяя среднее значение напряжения. В результате выходное напряжение преобразователя
Рассмотренная схема обеспечивает почти идеальную линейность преобразования, не содержит прецизионных элементов (за исключением источника опорного напряжения). Основной ее недостаток - низкое быстродействие
Последовательный ЦАП на конденсаторах, что переключаются,
Рассмотренная выше схема ЦАП с ШИМ вначале преобразует цифровой код в временной диапазон, который формируется с помощью двоичного счетчика квант за квантом, поэтому для получения N-разрядного преобразования необходимы 2 N временных квантов (тактов). Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 2, позволяет выполнить цифро-аналоговое преобразование за значительно меньшее количество тактов
В этой схеме емкости конденсаторов С 1 и С 2 уровне. Перед началом цикла преобразования конденсатор С 2 разряжается ключом S 4. Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с младшего разряда d 0. Каждый такт преобразования состоит из двух напивтактив. В первом напивтакти конденсатор С 1 заряжается до опорного напряжения U оп при d 0 = 1 с помощью замыкания ключа S 1 или разряжается до нуля при d 0 = 0 путем замыкания ключа S 2. Во втором напивтакти при разомкнутых ключах S 1, S 2 и S 4 замыкается ключ S 3, что вызывает распределение заряда пополам между С 1 и С 2. В результате получаем:
| U 1 (0) = U вых (0) = (d 0 / 2) U оп | (3) |
Пока на конденсаторе С 2 сохраняется заряд, процедура заряда конденсатора С 1 должна быть повторена для следующего разряда d 1 входного слова. После нового цикла перезарядки напряжение на конденсаторах будет
| (4) |
Точно также выполняется преобразования для других разрядов слова. В результате для N-разрядного ЦАП выходное напряжение будет равняться
 | (5) |
Если нужно сохранять результат преобразования длительное время, до выхода схемы следует подключить ПВХ. После окончания цикла преобразования следует провести цикл выборки, перевести ПВХ в режим сохранения и снова начать преобразования
Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода по 2 N квантов, что значительно меньше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь нужно только два согласованных конденсаторы небольшой емкости. Конфигурация аналоговой части схемы не зависит от разрядности преобразований кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифро-аналоговый преобразователь, что ограничивает область его применения
