Rezistorový žebřík - Resistor ladder

A odporový žebřík je elektrický obvod vyrobený z opakujících se jednotek rezistory. Níže jsou popsány dvě konfigurace, žebřík s rezistorem strun a žebřík R – 2R.

Žebřík R – 2R je jednoduchý a levný způsob provedení digitálně-analogový převod pomocí opakujících se přesných uspořádání rezistorové sítě v žebřík -jako konfigurace. Žebřík řetězcového odporu implementuje neopakující se referenční síť.

Síť řetězcových rezistorů (analogově-digitální převod nebo ADC)

Řetězce mnoha, často stejně dimenzovaných rezistorů připojených mezi dvěma referenčními napětími je síť s žebříky rezistorových řetězců. Rezistory fungují jako děliče napětí mezi referenčními napětími. Každé klepnutí na strunu generuje jiné napětí, které lze porovnat s jiným Napětí: toto je základní princip a flash ADC (analogově-digitální převodník). Napětí se často převádí na a proud, umožňující možnost použít žebříkovou síť R – 2R.

  • Nevýhoda: pro n-bit ADC, počet rezistorů roste exponenciálně, tak jako jsou vyžadovány rezistory, zatímco odporový žebřík R – 2R se zvyšuje pouze lineárně s počtem bitů, protože potřebuje pouze rezistory.
  • Výhoda: vyšších hodnot impedance lze dosáhnout použitím stejného počtu komponent.

R – 2R rezistorová žebříková síť (digitální na analogový převod)

Obrázek 1: n-bit R – 2R odporový žebřík

Základní síť R – 2R rezistorových žebříků je znázorněna na obrázku 1. Bit an−1 (nejvýznamnější bit, MSB) přes bit a0 (nejméně významný bit, LSB) jsou poháněny z digitálních logických bran. V ideálním případě se bitové vstupy přepínají mezi PROTI = 0 (logická 0) a PROTI = PROTIref (logika 1). Síť R – 2R způsobí, že tyto digitální bity budou váženy v jejich příspěvku k výstupnímu napětí PROTIven. V závislosti na tom, které bity jsou nastaveny na 1 a které na 0, je výstupní napětí (PROTIven) bude mít odpovídající stupňovitá hodnota mezi 0 a PROTIref minus hodnota minimálního kroku, odpovídající bitu 0. Skutečná hodnota PROTIref (a napětí logiky 0) bude záviset na typu technologie použité ke generování digitálních signálů.[1]

Pro digitální hodnotu VAL, R – 2R DAC s N bitů a 0 V /PROTIref logické úrovně, výstupní napětí PROTIven je:

Například pokud N = 5 (tedy 2N = 32) a PROTIref = 3,3 V (typické napětí logické 1 CMOS), tedy PROTIven se bude pohybovat mezi 0 volty (VAL = 0 = 000002) a maximum (VAL = 31 = 111112):

s kroky (odpovídá VAL = 1 = 000012)

Žebřík R – 2R je levný a jeho výroba je relativně snadná, protože jsou vyžadovány pouze dvě hodnoty rezistoru (nebo dokonce jedna, pokud je R vytvořeno umístěním dvojice 2R paralelně, nebo pokud je 2R vytvořeno umístěním dvojice R série). Je rychlý a má pevnou výstupní impedanci R. Žebřík R – 2R funguje jako řetězec rozdělovače proudu, jehož přesnost výstupu závisí výhradně na tom, jak dobře je každý odpor sladěn s ostatními. Malé nepřesnosti v rezistorech MSB mohou zcela přemoci příspěvek rezistorů LSB. To může mít za následekmonotóní chování na hlavních přechodech, například od 011112 až 10 0002. V závislosti na použitém typu logických hradel a konstrukci logických obvodů mohou na takových hlavních přechodech docházet k přechodovým napěťovým špičkám i při dokonalých hodnotách odporu. Ty mohou být filtrovány s kapacitou na výstupním uzlu (následné snížení šířky pásma může být v některých aplikacích významné). Nakonec je odpor 2R v sérii s impedancí digitálního výstupu. Brány s vysokým výstupním odporem (např. LVDS ) může být v některých případech nevhodný. Ze všech výše uvedených důvodů (a nepochybně dalších) má tento typ DAC tendenci být omezen na relativně malý počet bitů; i když integrované obvody mohou tlačit počet bitů na 14 nebo dokonce více, je typičtější 8 bitů nebo méně.

Přesnost odporových žebříků R – 2R

Rezistory používané s významnějšími bity musí být proporcionálně přesnější než rezistory používané s méně významnými bity; například ve výše diskutované síti R – 2R musí být nepřesnosti v rezistorech bit-4 (MSB) ve srovnání s R / 32 zanedbatelné (tj. mnohem lepší než 3%). Dále, aby se zabránilo problémům na 10 0002-do-011112 přechod, součet nepřesností v dolních bitech musí být výrazně menší než R / 32. Požadovaná přesnost se s každým dalším bitem zdvojnásobuje: u 8 bitů bude požadovaná přesnost lepší než 1/256 (0,4%). V rámci integrované obvody, vysoce přesné sítě R – 2R lze tisknout přímo na jeden podklad pomocí tenký film technologie zajišťující podobné sdílení rezistorů elektrický charakteristiky. I tak to často musí být laserem ořezané k dosažení požadované přesnosti. Takový na čipu odporové žebříky pro digitálně-analogové převaděče bylo prokázáno dosažení 16bitové přesnosti.[2] Na desce s plošnými spoji by pomocí diskrétních komponent stačily rezistory s 1% přesností pro 5bitový obvod, avšak s počtem bitů nad touto hranicí se náklady na neustále se zvyšující přesnost rezistorů stávají neúnosnými. U 10bitového převodníku by ani použití 0,1% přesných rezistorů nezaručilo monotónnost výstupu. To znamená, že se někdy používají žebříky R-2R s vysokým rozlišením vytvořené z diskrétních komponent, přičemž nelineárnost se koriguje v softwaru. Jedním příkladem takového přístupu je napájecí zdroj Korad 3005.

Rezistorový žebřík s nerovnými příčkami

Obrázek 2: 4bitový lineární R – 2R DAC využívající nerovné rezistory

Není nutné, aby každá „příčka“ žebříku R – 2R používala stejné hodnoty rezistoru. Je pouze nutné, aby se hodnota „2R“ shodovala se součtem hodnoty „R“ plus Thévenin ekvivalent odpor příček nižšího významu. Obrázek 2 ukazuje lineární 4bitový DAC s nerovnakými odpory.

To umožňuje vytvoření přiměřeně přesného DAC z heterogenní kolekce rezistorů formováním DAC jeden bit po druhém. V každé fázi jsou vybrány odpory pro „příčku“ a „nohu“ tak, aby se hodnota příčky shodovala s hodnotou nohy plus ekvivalentní odpor předchozích příček. Příčné a nožní rezistory lze vytvořit párováním dalších rezistorů sériově nebo paralelně, aby se zvýšil počet dostupných kombinací. Tento proces lze automatizovat.

Viz také

Reference

  1. ^ Logické prahové úrovně napětí.
  2. ^ http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac161s055.pdf

externí odkazy