Princip činnosti schématu DAC. Základní parametry a chyby DAC. Šum z externího referenčního napětí V REF

Digitální převodníky na analogové (DAC) — určené pro převod digitálních signálů na analogové. Taková konverze je nezbytná například při obnově analogového signálu, který byl dříve převeden na digitální pro přenos nebo uložení na velkou vzdálenost (takovýto signál může být zejména zvukový). Dalším příkladem použití takové transformace je získání řídicího signálu při digitální ovládání zařízení, jejichž provozní režim je určován přímo analogovým signálem (k němuž dochází zejména při řízení motorů).

(xtypo_quote) Mezi hlavní parametry DAC patří rozlišení, doba ustálení, chyba nelinearity atd. (/xtypo_quote)

Rozlišení je převrácená hodnota maximálního počtu kvantizačních kroků výstupního analogového signálu. Čas založení t set je časový interval od zadání kódu na vstup do okamžiku výstupu signál přijde ve stanovených mezích určených chybou. Chyba nelinearity - maximální odchylka grafu závislosti výstupního napětí na zadaném napětí digitální signál, s ohledem na ideální přímku v celém rozsahu transformace.

Stejně jako ty, které jsou uvažovány, jsou DAC „spojkou“ mezi analogovou a digitální elektronikou. Existovat různé principy budování ADC.

DAC obvod se součtem hmotnostních proudů

Na Obr. Obrázek 3.88 ukazuje obvod DAC se součtem hmotnostních proudů.

Klávesa S 5 je uzavřena pouze tehdy, jsou-li všechny klávesy S 1 ... S 4 otevřeny (v tomto případě u out = 0). U 0

— referenční napětí. Každý rezistor ve vstupním obvodu odpovídá určitému bitu binárního čísla.

Tento DAC je v podstatě invertující zesilovač založený na operační zesilovač. Analýza takového schématu není obtížná. Pokud je tedy jeden klíč zavřený

S1, pak u out = −U 0 R oc / R

což odpovídá první a nulám ve zbývajících číslicích.

Z rozboru obvodu vyplývá, že modul výstupního napětí je úměrný číslu, jehož binární kód je určen stavem kláves S 1 ... S 4. Proudy klíčů S 1 ... S 4 jsou sečteny v bodě „a“ a proudy různých klíčů jsou různé (mají různé „váhy“). To určuje název schématu.

Z výše uvedeného vyplývá, že u out = − (U 0 R oc / R) S 1 − (U 0 R oc / (R/2)) S 2 - − (U 0 R oc / (R/4)) · S 3 − (U 0 R oc / (R/8)) · S 4 = = − (U 0 R oc / R) · (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

kde S i ,i = 1, 2, 3, 4 má hodnotu 1, pokud je odpovídající klíč zavřený, a 0, pokud je klíč otevřený.

Stav klíčů je určen vstupním převedeným kódem. Obvod je jednoduchý, ale má nevýhody: výrazné změny napětí na spínačích a použití rezistorů s velmi rozdílnými odpory. Je obtížné zajistit požadovanou přesnost těchto odporů.

DAC na bázi odporové matice R - 2R

Uvažujme DAC založený na odporové matici R - 2R (matice stálý odpor) (obr. 3.89).

Obvod využívá tzv. přepínače S 1 ... S 4 , z nichž každý je připojen ke společnému bodu v jednom ze stavů, takže napětí na klávesách jsou nízká. Klíč S 5 je uzavřen pouze tehdy, když jsou všechny klíče S 1 ... S 4 připojeny ke společnému bodu. Vstupní obvod používá odpory pouze se dvěma různými hodnotami odporu.

Z analýzy obvodu můžete vidět, že pro něj je modul výstupního napětí úměrný číslu, jehož binární kód je určen stavem kláves S 1 ... S 4. Analýza je snadno proveditelná vzhledem k následujícímu. Nechť každý z klíčů S 1 ... S 4 je připojen ke společnému bodu. Pak, jak je snadné vidět, napětí vzhledem ke společnému bodu v každém následujícím bodě „a“ ... „d“ je 2krát větší než v předchozím. Například napětí v bodě „b“ je 2krát větší než v bodě „a“ (napětí Ua, Ub, Uc a Ud v těchto bodech jsou určena následovně:

Předpokládejme, že stát specifikované klíče změnila. Pak se napětí v bodech „a“ ... „d“ nezmění, protože napětí mezi vstupy operačního zesilovače je prakticky nulové.

Z výše uvedeného vyplývá, že:

u out = − (U 0 R oc / 2R) S 4 − ((U 0 /2) R oc / 2R) S 3 - ((U 0 /4) R oc / 2R) S 2 − (( U 0 / 8) R oc / 2R) S 1 = − (U 0 R oc / 16R) (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

kde Si, i = 1, 2, 3, 4 má hodnotu 1, pokud je odpovídající klíč zavřený, a 0, pokud je klíč otevřený.

DAC pro konverzi BCD

Uvažujme DAC pro převod binárně-dekadických čísel (obr. 3.90).

K vyjádření každého desetinného místa se používá samostatná matice R − 2R (označená obdélníky). Z 0 …Z 3 označují čísla určená stavem klíčů každé matice R − 2R. Princip činnosti bude zřejmý, pokud uvážíme, že odpor každé matice je R, a pokud analyzujeme fragment obvodu uvedený na obr. 3,91. Z analýzy vyplývá, že

U 2 = U 1 [ (R||9R) / (8,1R + R||9R) ]

R||9R = (R9R) / (R + 9R) = 0,9R

Proto U2 = 0,1 U1. Když to vezmeme v úvahu, dostaneme

u out = − (U 0 R oc / 16R) 10 −3 (10 3 Z 3 + 10 2 Z 2 + 10 Z 1 + Z 0)

Nejběžnější jsou DAC čipové řady 572, 594, 1108, 1118 atd. Tabulka. 3.2 jsou uvedeny...

Parametry některých DAC

aplikace

DAC se používá vždy, když je potřeba převést signál z digitální reprezentace na analogový, například v CD přehrávačích (Audio CD).

typy DAC

Většina běžné typy elektronické DAC:

• Modulátor šířky pulzu - nejjednodušší typ DAC. Stabilní zdroj proudu nebo napětí je periodicky zapínán na dobu úměrnou převáděnému digitálnímu kódu, poté je výsledná sekvence pulsů filtrována analogovou dolní propustí. Tato metoda se často používá k řízení rychlosti elektromotorů a stává se populární i v Hi-Fi audio zařízení;

• Převzorkování DAC, jako jsou delta-sigma DAC, jsou založeny na proměnné hustotě pulzů. Oversampling umožňuje použít DAC s nižší bitovou hloubkou pro dosažení vyšší bitové hloubky konečné konverze; Delta-sigma DAC je často postaven na základě jednoduchého jednobitového DAC, který je prakticky lineární. Nízkobitový DAC přijímá pulzní signál s modulovaná hustota pulzů(s konstantní dobou trvání impulsu, ale s proměnným pracovním cyklem), vytvořené pomocí negativní zpětné vazby. Negativní zpětná vazba funguje jako horní propust pro kvantizační šum.

Většina velkobitových DAC (více než 16 bitů) je postavena na tomto principu kvůli jeho vysoké linearitě a nízké ceně. Rychlost delta-sigma DAC dosahuje stovek tisíc vzorků za sekundu, bitová hloubka je až 24 bitů. Pro generování signálu modulovaného hustotou pulzu lze použít jednoduchý modulátor delta-sigma prvního řádu nebo vyššího řádu, jako je MASH. Vícestupňové tvarování hluku). S rostoucí frekvencí převzorkování se požadavky na výstupní filtr změkčují nízké frekvence a je zlepšena redukce kvantizačního šumu;

• Typ vážení DAC, ve kterém je každý bit převeden binární kód odpovídá rezistoru nebo zdroji proudu připojenému ke společnému součtovému bodu. Zdrojový proud (vodivost rezistoru) je úměrný hmotnosti bitu, kterému odpovídá. K váze se tedy přičtou všechny nenulové bity kódu. Metoda vážení je jedna z nejrychlejších, ale vyznačuje se nízkou přesností kvůli potřebě sady mnoha různých přesných zdrojů nebo rezistorů a proměnné impedance. Z tohoto důvodu mají vážicí DAC maximální šířku osm bitů;

• Ladder DAC(řetězový obvod R-2R). V R-2R-DAC se hodnoty vytvářejí ve speciálním obvodu sestávajícím z odporů s odpory R A 2R, nazývaná matice konstantní impedance, která má dva typy zahrnutí: stejnosměrná - proudová matice a inverzní - napěťová matice. Použití identických rezistorů může výrazně zlepšit přesnost ve srovnání s konvenčním váhovým DAC převodníkem, protože je relativně jednoduché vyrobit sadu přesných prvků se stejnými parametry. D/A převodníky typu R-2R umožňují posunout omezení bitové hloubky. S laserovým ořezáváním rezistorů na jednom substrátu je dosaženo přesnosti 20-22 bitů. Většinu času převodu stráví operační zesilovač, takže musí mít maximální výkon. Rychlost DAC je několik mikrosekund nebo méně (tj. nanosekundy);

Charakteristika

DAC jsou umístěny na začátku analogové cesty jakéhokoli systému, takže parametry DAC do značné míry určují parametry celého systému jako celku. Následující jsou nejvíce důležité vlastnosti DAC.

• Maximální vzorkovací frekvence- maximální frekvence, při které může DAC pracovat a na výstupu produkovat správný výsledek. Podle Nyquist-Shannonovy věty (také známé jako Kotelnikovova věta) pro správnou reprodukci analogového signálu z digitální formy nesmí být vzorkovací frekvence menší než dvojnásobek maximální frekvence ve spektru signálu. Například pro reprodukci celého frekvenčního rozsahu slyšitelného člověkem, jehož spektrum sahá až do 20 kHz, je nutné, aby byl zvukový signál vzorkován s frekvencí alespoň 40 kHz. Standard Audio CD nastavuje vzorkovací frekvenci zvukový signál 44,1 kHz; K reprodukci tohoto signálu budete potřebovat DAC schopný pracovat na této frekvenci. Levné počítačové zvukové karty mají vzorkovací frekvenci 48 kHz. Signály vzorkované na jiných frekvencích jsou převzorkovány na 48 kHz, což částečně zhoršuje kvalitu signálu.

• Monotónní- schopnost DAC zvýšit analogový výstupní signál, když se zvýší vstupní kód.

• THD+N(celkové harmonické zkreslení + šum) - míra zkreslení a šumu vneseného do signálu DAC. Vyjádřeno jako procento harmonického výkonu a šumu ve výstupním signálu. Důležitý parametr pro aplikace DAC s malým signálem.

• Dynamický rozsah- poměr největšího a nejmenšího signálu, který DAC dokáže reprodukovat, vyjádřený v decibelech. Tento parametr spojené s bitovou hloubkou a prahem šumu.

• Statické vlastnosti:
  • DNL (diferenciální nelinearita) - charakterizuje, jak moc se liší přírůstek analogového signálu získaný zvýšením kódu o 1 nejméně významný bit (LSB) od správné hodnoty;
  • INL (integrální nelinearita) - charakterizuje, jak moc se přenosová charakteristika DAC liší od ideální. Ideální charakteristika je přísně lineární; INL ukazuje, jak daleko je napětí na výstupu DAC pro daný kód lineární charakteristika; vyjádřeno v minimální mzdě;
  • získat;
  • zaujatost.

• Frekvenční charakteristiky:
  • SNDR (signal-to-noise ratio + zkreslení) - charakterizuje v decibelech poměr výkonu výstupního signálu k celkový výkonšum a harmonické zkreslení;
  • HDi ( koeficient i harmonické) - charakterizuje poměr i-té harmonické k základní harmonické;
  • THD (harmonický činitel zkreslení) je poměr celkového výkonu všech harmonických (kromě první) k výkonu první harmonické.

viz také

Literatura

• Jean M. Rabai, Anantha Chandrakasan, Borivozh Nikolic. Digitální integrované obvody. Metodika návrhu = Digitální integrované obvody. - 2. vyd. - M.: Williams, 2007. - 912 s. - ISBN 0-13-090996-3
• Mingliang Liu. Demystifikování obvodů se spínaným kondenzátorem. ISBN 0-75-067907-7.
• Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. Návrh analogového obvodu CMOS. ISBN 0-19-511644-5.

Odkazy

• Digitálně-analogové převodníky (DAC), teorie a provozní principy na webu Microelectronics Market
• Digitálně-analogové převodníky pro aplikace digitálního zpracování signálu
• Měření INL/DNL pro vysokorychlostní ADC vysvětluje, jak se počítají INL a DNL
• Alexej Stakhov. Fibonacci Computer část 1, část 2, část 3 // PCweek.ru, 2002
• Vysvětlení R-2R Ladder DAC obsahuje schémata

Mikrokontroléry
Architektura	8bitový MCS-51 MCS-48 PIC AVR Z8 H8 COP8 68HC08 68HC11 16bitový

Tento článek pojednává o hlavních problémech týkajících se principu fungování ADC. různé typy. Zároveň některé důležité teoretické výpočty týkající se matematický popis analogově-digitální konverze byla ponechána mimo rozsah článku, ale jsou uvedeny odkazy, kde může čtenář, který má zájem, najít podrobnější diskusi teoretické aspekty Provoz ADC. Článek je tedy spíše o pochopení obecných principů fungování ADC než teoretický rozbor jejich práce.

Úvod

Jako výchozí bod definujeme analogově-digitální konverzi. Analogově-digitální převod je proces převodu vstupní fyzikální veličiny na její číselné znázornění. Analogově-digitální převodník je zařízení, které takový převod provádí. Formálně může být vstupní hodnotou ADC libovolná fyzikální veličina - napětí, proud, odpor, kapacita, opakovací frekvence pulsů, úhel natočení hřídele atd. Pro upřesnění však v následujícím budeme pod ADC mínit výhradně převodníky napětí na kód.

Pojem analogově-digitální konverze úzce souvisí s pojmem měření. Měřením rozumíme proces porovnávání naměřené hodnoty s nějakým standardem s analogově-digitálním převodem, vstupní hodnota se porovnává s nějakou referenční hodnotou (obvykle referenční napětí). Analogově-digitální převod lze tedy považovat za měření hodnoty vstupního signálu a vztahují se na něj všechny pojmy z metrologie, jako jsou chyby měření.

Hlavní charakteristiky ADC

ADC má mnoho vlastností, z nichž hlavní jsou převodní frekvence a bitová hloubka. Konverzní frekvence je obvykle vyjádřena ve vzorcích za sekundu (SPS) a bitová hloubka je v bitech. Moderní ADC mohou mít bitovou šířku až 24 bitů a rychlost převodu až jednotek GSPS (samozřejmě ne současně). Čím vyšší je rychlost a bitová kapacita, tím obtížnější je získat požadované vlastnosti, tím je převodník dražší a složitější. Rychlost převodu a bitová hloubka spolu určitým způsobem souvisí a my můžeme obětováním rychlosti zvýšit efektivní bitovou hloubku převodu.

Typy ADC

Existuje mnoho typů ADC, ale pro účely tohoto článku se omezíme na zvážení pouze následujících typů:

• ADC paralelní konverze (přímou konverzi, flash ADC)
• ADC postupné přibližování(SAR ADC)
• delta-sigma ADC (charge-balanced ADC)

Existují také další typy ADC, včetně zřetězených a kombinovaných typů, sestávajících z několika ADC s (in obecný případ) odlišná architektura. Výše uvedené architektury ADC jsou však nejreprezentativnější vzhledem k tomu, že každá architektura zaujímá určitou mezeru v celkovém rozsahu rychlostí bitů.

ADC přímé (paralelní) konverze mají nejvyšší rychlost a nejnižší bitovou hloubku. Například paralelní převod ADC TLC5540 od ​​Texas Instruments má rychlost 40MSPS pouze s 8 bity. ADC tohoto typu mohou mít rychlost konverze až 1 GSPS. Zde lze poznamenat, že zřetězené ADC mají ještě větší rychlost, ale jsou kombinací několika ADC s nižší rychlostí a jejich uvažování je nad rámec tohoto článku.

Střední výklenek v řadě bit-rate-speed je obsazen postupnými aproximačními ADC. Typické hodnoty jsou 12-18 bitů s převodní frekvencí 100KSPS-1MSPS.

Nejvyšší přesnosti dosahují sigma-delta ADC s bitovou šířkou až 24 bitů včetně a rychlostí od jednotek SPS po jednotky KSPS.

Dalším typem ADC, který našel využití v nedávné minulosti, je integrační ADC. Integrační ADC jsou nyní téměř zcela nahrazeny jinými typy ADC, ale lze je nalézt ve starších měřící nástroje.

Přímá konverze ADC

ADC s přímou konverzí se rozšířily v 60. a 70. letech 20. století a jako integrované obvody se začaly vyrábět v 80. letech. Často se používají jako součást „potrubních“ ADC (v tomto článku nejsou diskutovány) a mají kapacitu 6-8 bitů při rychlosti až 1 GSPS.

Architektura ADC přímé konverze je na Obr. 1

Rýže. 1. Strukturální schéma Přímá konverze ADC

Princip činnosti ADC je extrémně jednoduchý: vstupní signál je přiváděn současně do všech „kladných“ vstupů komparátorů a na „záporné“ je přiváděna řada napětí, získaná z referenčního napětí jejich dělením odpory. R. Pro obvod na Obr. 1 bude tento řádek vypadat takto: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) Uref, kde Uref je referenční napětí ADC.

Nechť je na vstup ADC přivedeno napětí rovné 1/2 Uref. Pak budou fungovat první 4 komparátory (pokud počítáte odspoda), na jejich výstupech se objeví logické. Prioritní kodér vytvoří binární kód ze „sloupce“ jedniček, který je zachycen ve výstupním registru.

Nyní jsou jasné výhody a nevýhody takového převodníku. Všechny komparátory pracují paralelně, doba zpoždění obvodu je rovna době zpoždění v jednom komparátoru plus doba zpoždění v kodéru. Komparátor a kodér lze vyrobit velmi rychle, v důsledku toho má celý obvod velmi vysoký výkon.

Ale k získání N bitů je potřeba 2^N komparátorů (a složitost kodéru také roste s 2^N). Schéma na Obr. 1. obsahuje 8 komparátorů a má 3 bity, k získání 8 bitů potřebujete 256 komparátorů, na 10 bitů - 1024 komparátorů, na 24bitový ADC by jich bylo potřeba přes 16 milionů.

postupná aproximace ADC

Analogově-digitální převodník s postupným aproximačním registrem (SAR) měří velikost vstupního signálu provedením série sekvenčních „vážení“, tedy porovnání hodnoty vstupního napětí se sérií hodnot generovaných následovně:

1. v prvním kroku je výstup vestavěného digitálně-analogového převodníku nastaven na hodnotu rovnou 1/2Uref (dále předpokládáme, že signál je v intervalu (0 – Uref).

2. je-li signál větší než tato hodnota, porovná se s napětím ležícím uprostřed zbývajícího intervalu, tj. v tomto případě 3/4 Uref. Pokud je signál nižší než nastavená úroveň, bude další srovnání provedeno s méně než polovinou zbývajícího intervalu (tj. s úrovní 1/4Uref).

3. Krok 2 se N-krát opakuje. N porovnání („vážení“) tedy produkuje N bitů výsledku.

Rýže. 2. Blokové schéma postupné aproximace ADC.

Postupná aproximace ADC se tedy skládá z následujících uzlů:

1. Komparátor. Porovnává vstupní hodnotu a aktuální hodnotu „vážného“ napětí (na obr. 2 označeno trojúhelníkem).

2. Digitální převodník na analogový(Digital to Analog Converter, DAC). Generuje napěťovou „váhu“ na základě digitálního kódu přijatého na vstupu.

3. Registr postupného přiblížení (SAR). Implementuje postupný aproximační algoritmus, generující aktuální hodnotu kódu přiváděného na vstup DAC. Všechny jsou po něm pojmenovány tato architektura ADC.

4. Schéma Vzorkování/Podržení (Sample/Hold, S/H). Pro činnost tohoto ADC je zásadně důležité, aby vstupní napětí zůstalo konstantní po celou dobu převodního cyklu. Nicméně „skutečné“ signály mají tendenci se v průběhu času měnit. Obvod sample-and-hold si „pamatuje“ aktuální hodnotu analogového signálu a udržuje ji nezměněnou po celý provozní cyklus zařízení.

Výhoda zařízení je relativně vysoká rychlost konverze: Doba konverze N-bitového ADC je N hodinových cyklů. Přesnost převodu je omezena přesností interního DAC a může být 16-18 bitů (nyní se začaly objevovat 24bitové SAR ADC, např. AD7766 a AD7767).

Delta-Sigma ADC

Konečně nejzajímavějším typem ADC je sigma-delta ADC, v literatuře někdy nazývaný nábojově vyvážený ADC. Blokové schéma sigma-delta ADC je znázorněno na Obr. 3.

Obr.3. Blokové schéma sigma-delta ADC.

Princip činnosti tohoto ADC je poněkud složitější než u jiných typů ADC. Jeho podstatou je, že se vstupní napětí porovnává s hodnotou napětí akumulovanou integrátorem. Pulsy s kladnou nebo zápornou polaritou jsou přiváděny na vstup integrátoru v závislosti na výsledku porovnání. Tento ADC je tedy jednoduchý sledovací systém: napětí na výstupu integrátoru „sleduje“ vstupní napětí (obr. 4). Výsledkem tohoto obvodu je proud nul a jedniček na výstupu komparátoru, který pak prochází digitální dolní propustí, což má za následek N-bitový výsledek. LPF na Obr. 3. V kombinaci s „decimátorem“, zařízením, které snižuje frekvenci čtení jejich „decimováním“.

Rýže. 4. Sigma-delta ADC jako sledovací systém

Pro přesnost prezentace je třeba říci, že na Obr. Obrázek 3 ukazuje blokové schéma sigma-delta ADC prvního řádu. ADC sigma-delta druhého řádu má dva integrátory a dvě smyčky zpětná vazba, ale nebude zde uvažován. Zájemci o toto téma mohou odkazovat.

Na Obr. Obrázek 5 ukazuje signály v ADC na nulové vstupní úrovni (nahoře) a na úrovni Vref/2 (dole).

Rýže. 5. Signály v ADC at různé úrovně vstupní signál.

Nyní, aniž bychom se pouštěli do složité matematické analýzy, se pokusme pochopit, proč mají sigma-delta ADC velmi nízká úroveň vlastní hluk.

Uvažujme blokové schéma sigma-delta modulátoru znázorněného na Obr. 3 a předložte jej v této podobě (obr. 6):

Rýže. 6. Blokové schéma sigma-delta modulátoru

Zde je komparátor reprezentován jako sčítačka, která přidává spojitý požadovaný signál a kvantizační šum.

Nechť má integrátor přenosovou funkci 1/s. Poté, reprezentující užitečný signál jako X(s), výstup sigma-delta modulátoru jako Y(s) a kvantizační šum jako E(s), získáme přenosovou funkci ADC:

Y(s) = X(s)/(s+1) + E(s)s/(s+1)

To znamená, že ve skutečnosti je sigma-delta modulátor dolní propustí (1/(s+1)) pro užitečný signál a filtr vysoké frekvence(s/(s+1)) pro šum, přičemž oba filtry mají stejnou mezní frekvenci. Šum soustředěný ve vysokofrekvenční oblasti spektra snadno odstraní digitální dolní propust, která je umístěna za modulátorem.

Rýže. 7. Fenomén „posídlení“ šumu do vysokofrekvenční části spektra

Je však třeba chápat, že se jedná o extrémně zjednodušené vysvětlení fenoménu tvarování šumu v sigma-delta ADC.

Hlavní výhodou sigma-delta ADC je tedy jeho vysoká přesnost díky extrémně nízké úrovni vlastního šumu. Pro dosažení vysoké přesnosti je však nutné, aby mezní frekvence digitálního filtru byla co nejnižší, mnohonásobně menší než pracovní frekvence sigma-delta modulátoru. Proto mají sigma-delta ADC nízkou rychlost konverze.

Mohou být použity v audiotechnice, ale jejich hlavní použití je v průmyslové automatizaci pro převod signálů snímačů, v měřicích přístrojích a v dalších aplikacích, kde je vyžadována vysoká přesnost. ale vysoká rychlost není nutná.

Trochu historie

Nejstarší zmínka o ADC v historii je pravděpodobně patent Paula M. Raineyho, „Facsimile Telegraph System“, U.S. Patent 1 608 527, podaný 20. července 1921, vydán 30. listopadu 1926. Zařízení zobrazené v patentu je ve skutečnosti 5bitový ADC s přímou konverzí.

Rýže. 8. První patent pro ADC

Rýže. 9. Přímá konverze ADC (1975)

Zařízení znázorněné na obrázku je přímou konverzí ADC MOD-4100 vyrobené společností Computer Labs, vyrobeno v roce 1975, sestavené pomocí diskrétních komparátorů. Komparátorů je 16 (jsou umístěny v půlkruhu, aby se vyrovnalo zpoždění šíření signálu na každý komparátor), proto má ADC šířku pouze 4 bity. Rychlost převodu 100 MSPS, spotřeba 14 wattů.

Následující obrázek ukazuje pokročilou verzi ADC pro přímou konverzi.

Rýže. 10. Přímá konverze ADC (1970)

VHS-630 z roku 1970, vyrobený společností Computer Labs, obsahoval 64 komparátorů, byl 6bitový, 30MSPS a spotřeboval 100 wattů (verze VHS-675 z roku 1975 měla 75 MSPS a spotřebovala 130 wattů).

Literatura

W. Kester. ADC Architectures I: Flash Converter. Analogová zařízení, výukový program MT-020.

Digitálně-analogový převodník (DAC) je zařízení pro převod digitálního kódu na analogový signál o velikosti úměrné hodnotě kódu.

DAC se používají k propojení digitálních řídicích systémů se zařízeními, která jsou řízena úrovní analogového signálu. Také DAC je nedílná součást v mnoha strukturách analogově-digitálních zařízení a převodníků.

DAC se vyznačuje konverzní funkcí. Vztahuje změnu digitálního kódu na změnu napětí nebo proudu. Funkce převodu DAC je vyjádřena následovně

U ven- hodnota výstupního napětí odpovídající digitálnímu kódu Nin, přiváděný do vstupů DAC.

U max- maximální výstupní napětí, což odpovídá použití maximálního kódu na vstupy N max

Velikost K DAC, určený poměrem, se nazývá digitálně-analogový převodní koeficient. Navzdory stupňovité povaze charakteristiky spojené s diskrétní změnou vstupní hodnoty (digitální kód) se má za to, že DAC jsou lineární převodníky.

Pokud je hodnota Nin reprezentované hodnotami vah jeho číslic, lze transformační funkci vyjádřit následovně

, Kde

i- číselné číslo vstupního kódu Nin; A i- význam ičíslice (nula nebo jedna); Ui – hmotnost i-té kategorie; n – počet bitů vstupního kódu (počet bitů DAC).

Hmotnost bitu je určena pro konkrétní bitovou kapacitu a vypočítává se pomocí následujícího vzorce

U OP - Referenční napětí DAC

Princip činnosti většiny DAC je sčítání podílů analogových signálů (výbojová váha) v závislosti na vstupním kódu.

DAC lze implementovat pomocí součtu proudu, součtu napětí a dělení napětí. V prvním a druhém případě se v souladu s hodnotami bitů vstupního kódu sečtou signály proudových generátorů a zdrojů E.M.F. Poslední metodou je kódově řízený dělič napětí. Dva nejnovější metody nenašly široké použití kvůli praktickým obtížím při jejich implementaci.

Metody implementace DAC s váženým součtem proudů

Uvažujme konstrukci jednoduchého DAC s váženým součtem proudů.

Tento DAC se skládá ze sady rezistorů a sady přepínačů. Počet klíčů a počet rezistorů se rovná počtu bitů n vstupní kód. Hodnoty rezistorů se vybírají v souladu s binárním zákonem. Pokud R=3 Ohmy, pak 2R=6 Ohmů, 4R=12 Ohmů a tak dále, tzn. Každý následující rezistor je 2x větší než ten předchozí. Když je připojen zdroj napětí a spínače jsou sepnuté, proud bude protékat každým rezistorem. Proudové hodnoty rezistorů, díky vhodné volbě jejich hodnocení, budou také rozděleny podle binárního zákona. Při zadávání vstupního kódu Nin Klávesy se zapínají podle hodnoty odpovídajících bitů vstupního kódu. Klíč je uzavřen, pokud je odpovídající bit roven jedné. V tomto případě jsou proudy v uzlu sečteny úměrně vahám těchto bitů a velikost proudu tekoucího z uzlu jako celku bude úměrná hodnotě vstupního kódu. Nin.

Odpor maticových rezistorů je zvolen poměrně velký (desítky kOhmů). Pro většinu praktických případů tedy DAC hraje roli zdroje proudu pro zátěž. Pokud je potřeba získat napětí na výstupu převodníku, pak se na výstup takového DAC instaluje převodník proud-napětí, např. na operačním zesilovači

Když se však kód změní na vstupech DAC, změní se velikost proudu odebraného ze zdroje referenčního napětí. To je hlavní nevýhoda tohoto způsobu konstrukce DAC. . Tento způsob konstrukce lze použít pouze v případě, že zdroj referenčního napětí má nízký vnitřní odpor. V jiném případě se v okamžiku změny vstupního kódu změní proud odebraný ze zdroje, což vede ke změně úbytku napětí na jeho vnitřním odporu a následně k dodatečné změně výstupního proudu, která přímo nesouvisí. ke změně kódu. Struktura DAC se spínacími spínači nám umožňuje tento nedostatek eliminovat.

V takové struktuře jsou dva výstupní uzly. V závislosti na hodnotě bitů vstupního kódu jsou příslušné klíče připojeny k uzlu připojenému k výstupu zařízení, nebo k jinému uzlu, který je nejčastěji uzemněn. V tomto případě proud protéká neustále každým rezistorem matice bez ohledu na polohu přepínače a množství proudu odebíraného ze zdroje referenčního napětí je konstantní.

Společnou nevýhodou obou uvažovaných struktur je velký poměr mezi nejmenší a největší hodnotou maticových rezistorů. Přitom navzdory velký rozdíl jmenovité hodnoty rezistoru, je nutné zajistit stejnou absolutní přesnost přizpůsobení pro největší i nejmenší jmenovité hodnoty rezistorů. V integrovaném provedení DAC s více než 10 bity je toho poměrně obtížné dosáhnout.

Struktury založené na odporových materiálech nemají všechny výše uvedené nevýhody. R-2R matrice

Při této konstrukci odporové matice je proud v každé následující paralelní větvi dvakrát menší než v předchozí. Přítomnost pouze dvou hodnot odporu v matici umožňuje poměrně snadné nastavení jejich hodnot.

Výstupní proud pro každou z prezentovaných struktur je současně úměrný nejen hodnotě vstupního kódu, ale i hodnotě referenčního napětí. Často se říká, že je úměrná součinu těchto dvou veličin. Proto se takové DAC nazývají multiplikátory. Tyto vlastnosti bude mít každý. DAC, ve kterém se tvorba vážených hodnot proudu odpovídajících hmotnostem výboje provádí pomocí odporových matic.

Kromě toho, že se používají pro zamýšlený účel, násobící DAC se používají jako analogově-digitální násobiče, jako kódově řízené odpory a vodivosti. Jsou široce používány jako komponenty při konstrukci kódově řízených (laditelných) zesilovačů, filtrů, zdrojů referenčního napětí, kondicionérů signálu atd.

Základní parametry a chyby DAC

Hlavní parametry, které lze vidět v adresáři:

1. Počet bitů – počet bitů vstupního kódu.

2. Převodní koeficient - poměr přírůstku výstupního signálu k přírůstku vstupního signálu pro lineární funkce transformací.

3. Doba ustálení výstupního napětí nebo proudu - časový interval od okamžiku změny daného kódu na vstupu DAC do okamžiku, kdy výstupní napětí nebo proud konečně vstoupí do zóny o šířce nejméně významné číslice. ( MZR).

4. Maximální frekvence konverze – nejvyšší frekvence změny kódu, při které dané parametry dodržovat zavedené normy.

Existují další parametry, které charakterizují výkon DAC a vlastnosti jeho fungování. Patří mezi ně: vstupní napětí nízké a vysoká úroveň, odběr proudu, výstupní napětí nebo proudový rozsah.

Nejdůležitější parametry pro DAC jsou ty, které určují jeho charakteristiky přesnosti.

Charakteristiky přesnosti každého DAC , Především jsou určeny chybami normalizovanými ve velikosti.

Chyby se dělí na dynamické a statické. Statické chyby jsou chyby, které zůstávají po dokončení všech přechodných procesů spojených se změnou vstupního kódu. Dynamické chyby jsou určeny přechodové procesy na výstupu DAC, vyplývající ze změny vstupního kódu.

Hlavní typy statických chyb DAC:

Absolutní chyba převodu v koncovém bodě stupnice je odchylka hodnoty výstupního napětí (proudu) od jmenovité hodnoty odpovídající koncovému bodu stupnice převodní funkce. Měřeno v jednotkách nejméně významné číslice převodu.

Výstupní nulový offset napětí - napětí stejnosměrný proud na výstupu DAC se vstupním kódem odpovídajícím nulová hodnota výstupní napětí. Měřeno v jednotkách nižšího řádu. Chyba konverzního faktoru (měřítko) – spojená s odchylkou strmosti konverzní funkce od požadované.

Nelinearita DAC je odchylka skutečné převodní funkce od zadané přímky. Je to nejhorší chyba, se kterou je těžké bojovat.

Chyby nelinearity se obecně dělí na dva typy – integrální a diferenciální.

Integrální chyba nelinearity je maximální odchylka skutečné charakteristiky od ideální. Ve skutečnosti to bere v úvahu zprůměrovanou transformační funkci. Tato chyba je určena jako procento konečného rozsahu výstupní hodnoty.

Diferenciální nelinearita je spojena s nepřesností nastavení hmotností výbojů, tzn. s chybami v dělicích prvcích, rozptyl zbytkových parametrů klíčové prvky generátory proudu atd.

Metody identifikace a opravy chyb DAC

Je žádoucí, aby při výrobě měničů byla provedena korekce chyb (technologická úprava). Často je však žádoucí při použití konkrétního vzorku BIS v jednom nebo druhém zařízení. V tomto případě se korekce provádí navíc zavedením do struktury zařízení LSI DAC doplňkové prvky. Takové metody se nazývají strukturální.

Nejobtížnějším procesem je zajistit linearitu, protože jsou určeny souvisejícími parametry mnoha prvků a uzlů. Nejčastěji se upravuje pouze nulový posun a koeficient

Parametry přesnosti poskytované technologickými metodami se zhoršují, když je měnič vystaven různým destabilizačním faktorům, především teplotě. Je také nutné pamatovat na faktor stárnutí prvků.

Chyba nulového posunu a chyba měřítka jsou snadno opraveny na výstupu DAC. K tomu je do výstupního signálu zaveden konstantní posun, který kompenzuje posun charakteristiky převodníku. Požadovaná převodní stupnice se stanoví buď úpravou zesílení nastaveného na výstupu převodníku zesilovače, nebo úpravou hodnoty referenčního napětí, pokud je DAC násobící.

Korekční metody s řízením testu se skládají z identifikace chyb DAC napříč celým souborem přípustných vstupních vlivů a přidání korekcí vypočítaných na základě toho ke vstupní nebo výstupní hodnotě pro kompenzaci těchto chyb.

Pro jakoukoli metodu korekce s řízením pomocí testovacího signálu jsou k dispozici následující akce:

1. Měření charakteristik DAC na souboru testovacích vlivů dostatečných k identifikaci chyb.

2. Identifikace chyb výpočtem jejich odchylek od výsledků měření.

3. Výpočet opravných úprav pro převedené hodnoty nebo požadovaných opravných účinků na opravené bloky.

4. Provedení korekce.

Kontrolu lze provést jednou před instalací převodníku do zařízení pomocí speciálního laboratorního měřicího zařízení. Lze to provést také pomocí specializovaného zařízení zabudovaného v zařízení. V tomto případě se monitorování zpravidla provádí periodicky, po celou dobu, kdy se převodník přímo nepodílí na provozu zařízení. Taková organizace řízení a korekce převodníků může být provedena, když pracuje jako součást mikroprocesorového měřicího systému.

Hlavní nevýhodou jakékoli metody end-to-end kontroly je velký čas ovládání spolu s heterogenitou a velkým objemem použitého vybavení.

Korekční hodnoty určené tak či onak jsou uloženy zpravidla v digitální podobě. Opravy chyb s přihlédnutím k těmto opravám lze provádět v analogové i digitální podobě.

S digitální korekcí se přidávají korekce s ohledem na jejich znaménko do vstupního kódu DAC. V důsledku toho je na vstupu DAC přijat kód, který na svém výstupu generuje požadovanou hodnotu napětí nebo proudu. Většina jednoduchá implementace Tento způsob korekce spočívá v nastavitelném DAC, na jehož vstupu je instalováno digitální paměťové zařízení ( Paměť). Vstupní kód hraje roli kódu adresy. V Paměť Odpovídající adresy obsahují předem vypočítané, s přihlédnutím k opravám, hodnoty kódu dodané do opraveného DAC.

Pro analogovou korekci se kromě hlavního DAC používá další doplňkový DAC. Rozsah jeho výstupního signálu odpovídá maximální chybové hodnotě korigovaného DAC. Vstupní kód je současně přiváděn na vstupy opraveného DAC a na adresové vstupy Paměť dodatky Z Paměť pozměňovacích návrhů, vybere se vhodný daná hodnota oprava vstupního kódu. Korekční kód se převede na jemu úměrný signál, který se sečte s výstupním signálem korigovaného DAC. Vzhledem k malému požadovanému rozsahu výstupního signálu přídavného DAC ve srovnání s rozsahem výstupního signálu korigovaného DAC jsou vlastní chyby prvního převodníku zanedbány.

V některých případech je nutné korigovat dynamiku DAC.

Přechodová odezva DAC se bude lišit při změně různých kombinací kódů, jinými slovy, doba ustálení výstupního signálu se bude lišit. Při použití DAC je proto třeba vzít v úvahu maximální dobu ustálení. V některých případech je však možné chování přenosové charakteristiky korigovat.

Vlastnosti použití LSI DAC

Pro úspěšné použití moderní BIS DAC nestačí znát seznam jejich hlavních charakteristik a základní obvody pro jejich zařazení.

Významný vliv na výsledky aplikace BIS DAC splňuje provozní požadavky určené vlastnostmi konkrétního čipu. Mezi takové požadavky patří nejen použití přípustných vstupních signálů, napětí napájecích zdrojů, kapacita a odpor zátěže, ale také pořadí zapínání různých zdrojů energie, oddělení obvodů propojujících různé zdroje energie a společnou sběrnici, použití filtrů, použití filtrů, použití filtrů, filtrů, atd. atd.

U přesných DAC je výstupní napětí šumu obzvláště důležité. Charakteristickým rysem problému šumu v DAC je přítomnost napěťových rázů na jeho výstupu způsobených spínacími spínači uvnitř převodníku. Amplituda těchto výbojů může dosahovat několika desítek hmotností MZR a způsobit potíže při provozu zařízení pro zpracování analogového signálu po DAC. Řešením problému potlačení takových shluků je použití vzorkovacích a přidržovacích zařízení na výstupu DAC ( UVH). UVH ovládaný z digitální části systému, který generuje nové kombinace kódů na vstupu DAC. Před odesláním nové kombinace kódů UVH přepne do režimu ukládání a otevře obvod přenosu analogového signálu na výstup. Díky tomu špička výstupního napětí DAC nedosáhne výstupu UVH, který se poté přepne do režimu sledování opakováním výstupu DAC.

Zvláštní pozornost při sestavování DAC založeného na BIS Je třeba věnovat pozornost volbě operačního zesilovače, který slouží k převodu výstupního proudu DAC na napětí. Při použití vstupního kódu DAC na výstup OU dojde k chybě DU, způsobené jeho předpětím a rovno

,

Kde U cm– předpětí OU; R os– hodnota odporu v obvodu zpětné vazby OU; R m– odpor odporové matice DAC (výstupní odpor DAC), v závislosti na hodnotě kódu použitého na jeho vstupu.

Protože se poměr mění od 1 do 0, chyba způsobená U cm, změny v uličkách (1...2)U cm. Vliv U cm při používání zanedbané OU, který .

Kvůli velká oblast tranzistor se zapíná CMOS BIS značná výstupní kapacita LSI DAC (40...120 pF v závislosti na hodnotě vstupního kódu). Tato kapacita má významný vliv na dobu ustálení výstupního napětí. OU na požadovanou přesnost. Aby se tento vliv snížil R os přemostěný kondenzátorem S OS.

V některých případech je nutné získat bipolární výstupní napětí na výstupu DAC. Toho lze dosáhnout zavedením zkreslení rozsahu výstupního napětí na výstupu a pro násobení DAC přepnutím polarity zdroje referenčního napětí.

Vezměte prosím na vědomí, že pokud používáte integrovaný DAC , mající větší počet bitů, než potřebujete, pak se vstupy nevyužitých bitů připojí na zemní sběrnici a jednoznačně na nich určují úroveň logické nuly. Navíc, aby bylo možné pracovat s co nejširším rozsahem výstupního signálu LSI DAC, jsou číslice brány jako takové, počínaje tou nejméně významnou.

Jeden z praktické příklady Aplikace DAC jsou kondicionéry signálu různé tvary. Udělal jsem malý model v Proteus. Pomocí DAC řízeného MK (Atmega8, i když to lze udělat i na Tiny) jsou generovány signály různých tvarů. Program je napsán v C v CVAVR. Stisknutím tlačítka se generovaný signál změní.

LSI DAC DAC0808 National Semiconductor, 8bitový, vysokorychlostní, povolený podle standardní schéma. Protože jeho výstup je proud, převádí se na napětí pomocí invertujícího zesilovače pomocí operačního zesilovače.

V zásadě můžete mít i takové zajímavé figurky, něco mi to připomíná, ne? Pokud zvolíte vyšší bitovou hloubku, budete hladší

Bibliografie:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Analogově-digitální převodníky/Ed. G.D. Bakhtiyarov - M.: Sov. rádio. – 1980. – 278 s.: nemocný.
2. Návrh analogově-digitálních řídicích mikroprocesorových systémů.
3. O.V. Šišov. - Saransk: Nakladatelství Mordov. Univerzita 1995. - str.

Níže si můžete stáhnout projekt na

Ministerstvo školství a vědy Ukrajiny

Oděská národní námořní akademie

Katedra námořní elektroniky

v oboru "Systémy pro sběr a zpracování telemetrických informací"

"Digitálně-analogové převodníky"

Dokončeno:

sada MKP a RE

skupiny 3131

Strukov S.M.

Zkontrolováno: Art. učitel

Kudelkin I.N.

Oděsa – 2007

1. Úvod

2. Obecné informace

3. Sériové DAC

4. Paralelní DAC

5. Aplikace DAC

6. Parametry DAC

7. Seznam literatury

ÚVOD

Poslední desetiletí byla způsobena plošným zaváděním mikroelektroniky a počítačová technologie, výměnu informací, kterou zajišťují lineární analogové a digitální převodníky (ADC a DAC).

Moderní stupeň se vyznačuje velkými a ultravelkými integrovanými obvody DAC a ADC s vysokými výkonnostními parametry: rychlost, malé chyby, multibit. Zahrnutí LSI DAC a ADC jako jediné, funkčně kompletní jednotky značně zjednodušilo jejich implementaci v zařízeních a instalacích používaných v obou vědecký výzkum a v průmyslu a umožnil to rychlá výměna informace mezi analogovými a digitálními zařízeními.

Obecná informace

Digitálně-analogový převodník (DAC) je navržen tak, aby převáděl číslo, obvykle definované jako binární kód, na napětí nebo proud úměrné hodnotě digitálního kódu. Obvody digitálně-analogových převodníků jsou velmi rozmanité. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje klasifikační schéma DAC podle jeho obvodových charakteristik. Kromě toho jsou integrované obvody digitálně-analogových převodníků klasifikovány podle následujících kritérií:

o Podle typu výstupního signálu: s proudovým výstupem a napěťovým výstupem.

o Podle typu digitální rozhraní: se sériovým vstupem a s paralelním vstupem vstupního kódu.

o Podle počtu DAC na čipu: jednokanálový a vícekanálový.

o Podle rychlosti: střední a vysoká rychlost.

Rýže. 1. Klasifikace DAC

SÉRIOVÉ DAC

DAC s pulzně šířkovou modulací

DAC je velmi často součástí mikroprocesorových systémů. V tomto případě, pokud není vyžadována vysoká rychlost, lze digitálně-analogový převod velmi snadno provést pomocí pulzně šířkové modulace (PWM). Obvod DAC s PWM je na Obr. 1a.

Rýže. 1. DAC s pulzně šířkovou modulací

Digitálně-analogový převod je nejjednodušší organizovat, pokud má mikrokontrolér vestavěnou funkci převodu šířky pulzu (například AT90S8515 od Atmel nebo 87C51GB od Intelu). PWM výstup ovládá spínač S. V závislosti na zadané bitové hloubce převodu (u řadiče AT90S8515 jsou možné 8, 9 a 10 bitové režimy) generuje řadič pomocí svého časovače/čítače sekvenci pulsů, jejichž relativní trvání g = t A / T je určeno vztahem

Kde N- bitová hloubka převodu a D- převedený kód. Dolní propust vyhlazuje pulzy a zvýrazní průměrnou hodnotu napětí. Výsledkem je výstupní napětí převodníku

Uvažovaný obvod poskytuje téměř ideální linearitu převodu a neobsahuje přesné prvky (kromě zdroje referenčního napětí). Jeho hlavní nevýhodou je nízký výkon.

Sériový spínaný kondenzátor DAC

Obvod PWM DAC diskutovaný výše nejprve převede digitální kód na časový interval, který je generován pomocí binárního čítače kvant po kvantech, aby se získal N- Vyžaduje se 2bitová konverze Nčasová kvanta (cykly). Sériový obvod DAC znázorněný na Obr. 2 umožňuje provedení digitálně-analogového převodu ve výrazně menším počtu hodinových cyklů.

V tomto obvodu jsou kapacity kondenzátorů S 1 a S 2 jsou stejné. Před začátkem konverzního cyklu kondenzátor S 2 se vybíjí klíčem S 4. Vstupní binární slovo je určeno jako sériový kód. Jeho převod se provádí postupně, počínaje nejméně významnou číslicí d 0 Každý konverzní cyklus se skládá ze dvou půlcyklů. V první polovině cyklu kondenzátor S 1 nabíjí na referenční napětí U op at d 0 = 1 zavřením klíče S 1 nebo se vybije na nulu při d 0 = 0 zavřením klíče S 2. Ve druhém půlcyklu s otevřenými klávesami S 1 ,S 2 a S 4 klíč se zavírá S 3, což způsobí, že se náboj rozdělí na polovinu S 1 a S 2. Jako výsledek dostáváme

U 1 (0)=U ven (0)=( d 0 /2)U op

Zatímco na kondenzátoru S 2 nabíjení je udržováno, postup nabíjení kondenzátoru S 1 se musí opakovat pro další číslici d 1 vstupní slovo. Po novém nabíjecím cyklu bude napětí na kondenzátorech

Transformace se provádí stejným způsobem pro zbývající bity slova. V důsledku toho pro N-bit výstupní napětí DAC se bude rovnat

Pokud chcete výsledek převodu uložit na libovolně dlouhou dobu, měl by být na výstup obvodu připojen UVH. Po skončení konverzního cyklu byste měli provést vzorkovací cyklus, přepnout UVH do režimu ukládání a spustit konverzi znovu.

Prezentovaný obvod tedy transformuje vstupní kód na 2 N kvanta, což je výrazně méně než u PWM DAC. Zde jsou zapotřebí pouze dva přizpůsobené malé kondenzátory. Konfigurace analogové části obvodu nezávisí na bitové hloubce převedeného kódu. Z hlediska rychlosti je však sériový DAC výrazně horší než paralelní digitálně-analogové převodníky, což omezuje jeho rozsah použití.

Většina paralelních obvodů DAC je založena na součtu proudů, přičemž síla každého z nich je úměrná váze digitálního binárního bitu, a předpokládejme například, že by se měly sčítat pouze bitové proudy, jejichž hodnota je rovna 1 pro převod čtyřbitového binárního kódu na analogový proudový signál. Váha čtvrté, nejvýznamnější číslice (MSD) bude 2 3 =8, třetí číslice - 2 2 =4, druhé - 2 1 =2 a nejméně významné (LSB) - 2 0 =1. Pokud je hmotnost SZR I MZR = 1 mA, pak I SZR = 8 mA, a maximální výstupní proud převodníku I out.max = 15 mA a odpovídá kódu 1111 2. Je jasné, že například kód 1001 2 bude odpovídat I out = 9 mA atd. Proto je nutné sestrojit obvod, který zajistí generování a spínání přesných vážicích proudů podle daných zákonitostí. Nejjednodušší schéma, implementující tento princip, je znázorněno na Obr. 3.

Odpor rezistorů je volen tak, aby při sepnutých spínačích jimi protékal proud odpovídající hmotnosti výboje. Klíč musí být uzavřen, když je odpovídající bit vstupního slova roven jedné. Výstupní proud je určen vztahem

Na vysoká bitová hloubka DAC odpory pro nastavení proudu musí být přizpůsobeny vysoká přesnost. Nejpřísnější požadavky na přesnost jsou kladeny na odpory nejvyšších číslic, protože šíření proudů v nich by nemělo překročit proud číslice nízkého řádu. Proto by šíření odporu v k-tém výboji mělo být menší než

Z této podmínky vyplývá, že šíření odporu odporu, například ve čtvrté číslici, by nemělo přesáhnout 3% a v 10. číslici - 0,05% atd.

Uvažované schéma má pro svou jednoduchost celou řadu nevýhod. Za prvé, pro různé vstupní kódy se bude proud odebíraný ze zdroje referenčního napětí (RPS) lišit a to ovlivní hodnotu výstupního napětí RES. Za druhé, hodnoty odporu váhových odporů se mohou tisíckrát lišit, a proto je velmi obtížné implementovat tyto odpory do polovodičových integrovaných obvodů. Navíc odpor rezistorů vyššího řádu ve vícebitových DAC může být srovnatelný s odporem sepnutého spínače, což povede k chybě převodu. Za třetí, v tomto obvodu je na otevřené spínače aplikováno značné napětí, což komplikuje jejich konstrukci.

Tyto nedostatky byly odstraněny v obvodu AD7520 DAC (domácí analog 572PA1), vyvinutém společností Analog Devices v roce 1973, který je nyní v podstatě průmyslovým standardem (mnoho produkční modely DAC). Naznačený diagram je na Obr. 4. Jako spínače jsou zde použity tranzistory MOS.