Выбор схемы и расчет генератора тактовых импульсов

В качестве генератора тактовых импульсов можно использовать любой импульсный автогенератор на логических элементах ТТЛ серий. Исходными данными для расчета его элементов является частота следования тактовых импульсов Fти, которая связана с заданной длительностью ступеньки аналогового напряжения на выходе ЦАП Тс простым соотношением: Fти = 1/Tc.

Краткие сведения и методику расчета элементов схемы ГТИ можно найти в [1, с.50-53], [2, с.91-99].

2.5. Выбор схемы ЦАП

В качестве ЦАП в проектируемом устройстве можно использовать интегральную микросхему К572ПА1. Это 10-разрядный перемножающий ЦАП, выполненный по КМОП технологии и отличающийся малой потребляемой мощностью в 0,1 Вт. Его основные динамические характеристики: время установления выходного напряжения tу = 5 мкс и дифференциальная нелинейность преобразования менее 0,8% от полной шкалы. Условное графическое обозначение ЦАП и схема его включения показана на рис.2.4, а его внутренняя структура подробно рассмотрена в [6, с.45...51],[7, c.48...128 ].

Назначение выводов ИМС:

Х1...Х10 - цифровые входы, причем Х1 - вход младшего разряда.

Uоп - вход для подключения источника опорного напряжения.

Y1, Y2 - аналоговые выходы ЦАП, которые являются токовыми.

Roc - вывод внутреннего резистора обратной связи.

Ucc - вывод для подачи напряжения питания +5...17В.

OU - вывод для подключения общего провода.

Конструктивно ЦАП выполнен в 16 выводном корпусе типа DIP. В состав микросхемы входит резистивная прецизионная матрица R-2R, токовые ключи на МОП транзисторах и входные усилители-инверторы, которые обеспечивают управление ключами от стандартных уровней цифрового сигнала. Микросхема работает с прямым параллельным двоичным кодом, который подается на цифровые входы Х10...Х1 и реализует функцию перемножения опорного напряжения на цифровой код Х10...Х1 в четырех квадрантах. Благодаря тому, что коммутирующие ключи выполнены на МОП транзисторах, ЦАП допускает выбор опорного напряжения в широком диапазоне -17...+17 В.

Поскольку выходы ЦАП токовые, то для преобразования тока в напряжение к выходам Y1 и Y2 подключаются операционные усилители DA2, DA3.

Операционный усилитель DA2 обеспечивает суммирование токов, поступающих с коммутирующих ключей, находящихся в состоянии "1", а DA3 - с ключей, находящихся в состоянии"0". В качестве операционных усилителей следует использовать микросхемы с незначительным смещением нуля и достаточно высоким быстродействием: например КР544УД2 [8].

Благодаря использованию двух операционных усилителей эта схема формирует на выходе биполярное напряжение в пределах от -Uоп до Uоп. Связь между напряжением на выходе преобразователя, опорным напряжением Uоп и цифровым кодом на входах X10...X1 определяется выражением:

__ ____

Uвых = -Uоп(2^(n-1)Xn + 2^(n-2)Xn-1 +... +2⁰X1) /2ⁿ + Uоп(2^(n-1)Xn + 2^(n-2)Xn-1 +

__

... +2⁰X1) /2ⁿ + Uоп /2ⁿ (2.4)

Здесь n - количество разрядов ЦАП. В разрабатываемом устройстве, ЦАП К572ПА1 используется в восьмиразрядном включении, поэтому на два младших разряда X1 и X2 подаются постоянные логические уровни "0". Эта зависимость представлена в виде таблицы 2.2.

Для согласования входных уровней с выходами ТТЛ логики можно снизить напряжение питания Ucc до величины 5 В.

При построении схемы ЦАП следует произвести выбор величины опорного напряжения, от которого, как видно из таблицы 2.2 и выражения (2.4), зависит величина максимального и минимального напряжений на выходе ЦАП. Так для получения Umin = - 5 В и Umax = +5 В, значение Uоп должно равняться минус 5 В. Выбранное опорное напряжение подается на вывод Uоп DA1 (см. рис. 2.4).

Рис.2.4. Принципиальная схема ЦАП. DA1 - К572ПА1, DA2, DA3 - 544УД2А.

Табл.2.2. Зависимость напряжения на выходе ЦАП от цифрового кода на входе при восьмиразрядном включении