Блок ЦАП

Блок ЦАП функционально состоит из трех частей: источника опорного напряжения (общий для блоков АЦП и ЦАП), собственно ЦАП и преобразователя ток-напряжение/выходного каскада.

По заданию устройство должно иметь один аналоговый выходной канал с разрешением 14 разрядов и диапазоном выходных напряжений ±5 В. Исходя из этого, было принято решение использовать умножающий ЦАП в режиме четырехквадрантного умножения, что позволяет получить двуполярное выходное напряжение с амплитудой, равной опорному напряжению.

В качестве ЦАП был выбран прибор AD5446 фирмы Analog Devices. Его структурная схема приведена на рисунке 7.

Рис. 5. Структурная схема ЦАП AD5446

Он представляет собой R-2R ЦАП разрешением 14 разрядов, изготовленный по КМОП технологии. Он допускает использование в схемах как двухквадрантного, так и четырехквадрантного умножения. ЦАП имеет токовый выход, что требует применения внешнего ОУ для преобразования ток-напряжение.

ЦАП способен работать на частотах дискретизации до 2,7 МГц, допускает использование источников опорного напряжения в пределах ±10 В. AD5446 имеет стандартный интерфейс SPI, что требуется по заданию.

В конкретном случае сигнал /SYNC выполняет двоякую функцию: синхронизации загрузки данных в регистр ЦАП и выбора кристалла. Эта линия подключена к выводу PB6 микроконтроллера DD1. Сигналы SCLK, SDIN, SDO подключены к выводам PB1/SCK, PB2/MOSI, PB3/MISO соответственно.

Временные диаграммы интерфейса ЦАП представлены на рисунке 8.

Рис. 6. Временная диаграмма интерфейса ЦАП

К выходу ЦАП подключена схема на ОУ DA9.1 и DA9.2. Первый из них выполняет функцию преобразователя ток-напряжение, а второй – усилителя с коэффициентом усиления –2 и смещением от источника опорного напряжения, что и позволяет получить биполярное выходное напряжение. При этом соответствие выходного напряжения входному двоичному коду определяется по следующей формуле:

где D – десятичный эквивалент входного двоичного кода, V_REF – образцовое напряжение.

В качестве источника опорного напряжения выбрана микросхема ADR02 фирмы Analog Devices. Это малошумящий высокостабильный прецизионный источник опорного напряжения 5 В. В качестве ОУ в выходном усилителе ЦАП использован сдвоенный ОУ OP2177 фирмы Analog Devices. Выбор ИОН и ОУ, а также номиналов пассивных элементов сделан по рекомендациям в документации на микросхему ЦАП [3, стр. 16, 19].

На выходе DA9.2 включена Т-образная цепь R47C39R48. Она выполняет три функции: во-первых, ФНЧ R47C39 сглаживает ступеньки выходного напряжения ЦАП, во-вторых, ФНЧ R48C39 защищает цепь ООС ОУ DA9.2 от высокочастотных наводок на соединительный кабель, улучшая стабильность, в-третьих, резисторы R47, R48 защищают выход ОУ от короткого замыкания.

Конденсаторы С26-С27, С32, С36-С37 блокируют питание соответственно ИОН, ЦАП и ОУ.