Це можна проілюструвати табл. 13.2 . Таке біполярний перетворення при можливості зміни знака опорного напруги називається також чотириквадрантний множенням (Тобто і опорна, і вихідна напруги можуть бути в даному випадку як позитивними, так і негативними).

Мікросхеми ЦАП, наявні на ринку, розрізняються кількістю розрядів (від 8 до 24), величиною затримки перетворення (від одиниць наносекунд до одиниць мікросекунд), допустимою величиною опорного напруги (зазвичай - одиниці вольт), величинами похибок перетворення та іншими параметрами. Розрізняються вони також технологією виготовлення і особливостями внутрішньої структури, що нерідко накладає обмеження на їх використання. Тому вибирати мікросхему ЦАП для конкретного застосування необхідно з використанням докладною довідковою інформацією, що надається фірмами-виробниками. Ми ж будемо говорити тільки про загальні принципи включення ЦАП в цифрові схеми без урахування їх приватних особливостей.

Іноді буває необхідно зменшити кількість розрядів ЦАП. Для цього потрібно подати сигнали логічного нуля на потрібне число молодших розрядів ЦАП (але ніяк не старших розрядів). на Мал. 13.4 показано, як з 10-розрядної ЦАП можна зробити 8-розрядний, подавши нулі на два молодших розряду. Збільшення кількості розрядів ЦАП являє собою набагато більш складну задачу, що вимагає побудови складних аналогових схем, тому воно зустрічається досить рідко. Значно простіше підібрати мікросхему з потрібним або з більшим, ніж потрібно, кількістю розрядів.

Зменшення розрядності ЦАП
Мал. 13.5. Перетворення послідовності кодів в вихідна напруга

Основне застосування мікросхем ЦАП складається в отриманні аналогового сигналу з послідовності цифрових кодів ( Мал. 13.5 ). Як правило, коди подаються на входи ЦАП через паралельний регістр, що дозволяє забезпечити одночасність зміни всіх розрядів вхідного коду ЦАП. При неодночасному зміні розрядів вхідного коду на виході ЦАП з'являються великі короткі імпульси напруги, рівні яких не відповідають жодному з кодів.

Однак, навіть при одночасній зміні всіх розрядів вхідного коду ЦАП, рівень напруги, відповідний поданою коду, встановлюється не відразу, а за час встановлення ЦАП tуст, що пов'язано з неідеальної внутрішніх елементів ЦАП. Вихідний струм ЦАП, як правило, встановлюється значно швидше вихідної напруги, так як він не залежить від інерційності операційного підсилювача. Зрозуміло, що умова правильної роботи ЦАП полягає в тому, щоб тривалість збереження вхідного коду була більше, ніж час встановлення ЦАП tуст, інакше вихідний сигнал не встигне прийняти значення, відповідне вхідного коду.

Якщо подавати коди на вхід ЦАП рідко, то наведена на Мал. 13.5 схема може використовуватися, наприклад, в керованому джерелі живлення, вихідна напруга якого задається вхідним кодом. Правда, при цьому необхідно ще забезпечити великий вихідний струм джерела живлення, застосувавши зовнішній підсилювач струму.

Якщо ж подавати коди на вхід ЦАП з високою частотою, то можна отримати генератор (він же синтезатор) аналогових сигналів довільної форми. В цьому випадку коди, що надходять на ЦАП, називають кодами вибірок (тобто миттєвих значень) генерується аналогового сигналу.

У найпростішому випадку в якості джерела вхідних кодів ЦАП можна використовувати звичайний двійковий лічильник ( Мал. 13.6 ). Вихідна напруга ЦАП буде наростати при цьому на величину 2-nUREF з кожним тактовим імпульсом, формуючи пилковидні вихідні сигнали амплітудою UREF. Тривалість кожної сходинки дорівнює періоду тактового генератора Т, а період усього вихідного сигналу дорівнює 2nТ. Кількість сходинок в періоді вихідного сигналу одно 2n. Якщо в даній схемі використовувати синхронні лічильники з синхронним перенесенням, то вхідний регістр ЦАП не потрібен, так як всі розряди лічильника перемикаються одночасно. Якщо ж використовуються асинхронні лічильники або синхронні лічильники з асинхронним перенесенням, то вхідний регістр ЦАП необхідний.

Генератор пилкоподібної аналогового сигналу

У разі, коли потрібно формувати аналогові сигнали довільної форми (синусоїдальні, дзвоновидні, шумові, трикутні, імпульсні і т.д.), як джерело кодів, що надходять на ЦАП, необхідно використовувати пам'ять, що працює в режимі читання ( Мал. 13.7 ).

Генерація сигналів довільної форми

Якщо пам'ять постійна, то набір форм генеруються сигналів задається раз і назавжди. Якщо ж пам'ять оперативна, то будується односпрямований інформаційний буфер з періодичним режимом роботи, що дозволить записувати в пам'ять коди для генерації самих різних сигналів. В обох випадках вхідний регістр ЦАП необхідний, інформація в нього записується стробом читання з пам'яті.

Як і в попередньому випадку, вихідний сигнал ЦАП буде складатися з сходинок, висота яких кратна 2-nUREF. Амплітуда вихідного сигналу не перевищує UREF. Якщо адреси пам'яті перебираються лічильником, то період вихідного аналогового сигналу дорівнює 2mT, де T - період тактового сигналу читання з пам'яті "-Чт.", А m - кількість адресних розрядів пам'яті.

Мал.13.8.

Обчислення кодів вибірок періодичного сигналу

Якщо треба обчислити коди вибірок для генерації якогось періодичного сигналу, то необхідно його період розділити на 2m частин і обчислити відповідні 2m значень цього сигналу Ui. Потім треба перерахувати значення сигналу в коди за формулою Ni = 2nUi / A де A - амплітуда сигналу, і взяти найближче ціле значення коду. Нульове значення сигналу дасть при цьому нульовий код 000 000, максимальне значення сигналу (рівне амплітуді А) дасть максимальний код 111 111. В результаті подачі цих кодів на ЦАП з періодом Т буде генеруватися аналоговий сигнал необхідної форми з амплітудою, що дорівнює UREF і з періодом TВИХ = 2mТ. Приклад такого обчислення проілюстрований Мал. 13.8 .

Детальніше завдання проектування генератора аналогових сигналів довільної форми буде розглянута в наступній лекції.

Перетворення цифрових кодів в аналоговий сигнал - це не єдине застосування мікросхем ЦАП. Вони можуть також використовуватися для керованої обробки аналогових сигналів, наприклад, для посилення і ослаблення аналогових сигналів в заданий число раз. Для цього найкраще підходять множать ЦАП, які допускають зміну рівня опорного напруги в широких межах, в тому числі і зі зміною його знака. Таких мікросхем ЦАП випускається зараз досить багато, з різною швидкодією і з різною кількістю розрядів вхідного коду.