Целью настоящей статьи является ознакомление разработчиков аппаратуры с достижениями фирмы Maxim в области цифро-аналоговых преобразователей. журнал "Схемотехника" N12, 2002; N1, 2003
Олег Николайчук


Прежде всего напомним читателю, что цифро-аналоговым преобразователем (Digital-Analog Converters) называется узел или микросхема, предназначенные для преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый ток или напряжение. Микросхемы цифро-аналоговых преобразователей (DAC) выпускаются рядом фирм. Однако безусловным лидером как по разнообразию типов, так и по объемам продаж, является фирма Maxim [1]. В настоящее время эта фирма выпускает 181 тип микросхем DAC.
Прежде чем перейти к рассмотрению ассортимента выпускаемых микросхем, отметим, что наиболее важными параметрами DAC являются разрядность, тип интерфейса, быстродействие, тип корпуса, характеристики питания и тип выхода (по току или по напряжению).
Разрядность DAC определяет точность преобразования. В настоящее время выпускаются микросхемы с разрядностью от 4 до 24 двоичных разрядов и выше. Наиболее часто используются DAC с разрядностью от 8 до 12 разрядов, что обеспечивает шаг квантования выходной величины 1/256 (0,39 %) и 1/4096 (0,0244 %) соответственно. Микросхемы с разрядностью меньше байта обычно имеют повышенное быстродействие и, как правило, используются в специальных системах, например, в цифровом телевидении. Микросхемы DAC с разрядностью более 12:14 в настоящее время относятся к прецизионным и также используются в специализированных изделиях, например, в измерительных приборах.
По типам входного интерфейса микросхемы DAC подразделяются на микросхемы с параллельным и последовательным интерфейсом.
Микросхемы с параллельным интерфейсом, в свою очередь, подразделяются на микросхемы с байтовым интерфейсом и микросхемы с интерфейсом большей разрядности. Микросхемы с байтовым интерфейсом оптимизированы для применения в системах в 8-битными микроконтроллерами. Микросхемы с параллельным интерфейсом больше байта могут использоваться совместно с 16-битными микропроцессорами и в других изделиях. Следует отметить, что микросхемы DAC с параллельным интерфейсом больше байта позволяют принимать (а некоторые и выдавать) выходной код единовременно, если, конечно, на это способен источник кода, в то время как микросхемы DAC с байтовой разрядностью принимают младший и старший байты кода последовательно. Безусловно, такая организация параллельного интерфейса, хоть и снижает аппаратные затраты изделия, также снижает и общую производительность за счет поэтапной записи.
Микросхемы с последовательным интерфейсом также подразделяются на несколько групп в зависимости от типа используемого интерфейса: SPI, I²C (SMBus), 1-Wire и т. д. Очевидно, что применение последовательного интерфейса значительно замедляет время записи данных и снижает общую производительность. Однако использование трех-четырех выводов для организации последовательного интерфейса вместо восьми или более выводов для организации параллельного позволяет использовать корпус с меньшим числом выводов, что, в свою очередь, значительно снижает стоимость микросхем, площадь, сложность и стоимость печатных плат и повышает надежность изделия за счет меньшего количества паек.
Быстродействие цифро-аналогового преобразователя также важно. Современные DAC по быстродействию можно условно разделить на три группы: низкого быстродействия - до 100 ksps, среднего быстродействия - от 100 до 500 ksps, высокого быстродействия - более 500 ksps. Наиболее часто используются DAC низкого или среднего быстродействия.
Современные микросхемы DAC производятся с токовым выходом (без встроенного масштабирующего операционного усилителя) и с выходом по напряжению (со встроенным выходным операционным усилителем). Кроме того, в случае, если микросхема в одном корпусе содержит несколько DAC, часть из них может быть с токовым выходом, а часть - с выходом по напряжению или выходы по напряжению могут быть с различной нагрузочной способностью. Конечно, с точки зрения минимизации числа корпусов цифро-аналогового узла, более предпочтителен выход по напряжению. Однако, ввиду того, что обычно разработчики стремятся умощнить или просто защитить выход, они ставят выходной операционный усилитель. Этот ОУ, кроме всего прочего, еще и формирует выходное напряжение необходимого уровня. В связи с вышесказанным, тип выхода микросхем DAC не имеет существенного значения.
Следует также отметить, что современные микросхемы DAC имеют встроенный или внешний узел опорного напряжения.
Микросхемы DAC могут иметь одно или несколько различных напряжений питания. Очевидно, что чем меньше источников питания использует микросхема DAC, тем удобнее ее использовать. Важно только, чтобы использование одного напряжения питания не снижало другие параметры микросхем DAC, например, линейность.
Цифро-аналоговые преобразователи с параллельным интерфейсом
Как уже отмечалось выше, цифро-аналоговые преобразователи с параллельным интерфейсом подразделяются на микросхемы с однобайтовым интерфейсом и микросхемы с интерфейсом большей разрядности или, как их еще называют, <полноразрядные>.
В табл. 1 приведены все микросхемы DAC фирмы Maxim с параллельным однобайтовым интерфейсом. В графе <Диапазон температур> использованы следующие символьные обозначения: <С> (коммерческий) - от 0 до +70 ˚C; и (расширенный) - от -40 или -20 () до +85 ˚C; (промышленный) - от -55 до +125 ˚C. В графе <Цена> указана цена производителя при поставке тысячи штук. В графе <Источник опорного напряжения> отмечено использование внешнего (Ext.) или встроенного (Int.) источника. Важной особенностью современных микросхем DAC с последовательным интерфейсом является способность некоторых их них работать при пониженных напряжениях от +2,5 до +3,3 В - это так называемая <белая> группа перспективных микросхем. По оценкам некоторых международных экспертов, в развитии микропроцессорной и микроконтроллерной техники и элементов их окружения, таких как память, аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, таймеры реального времени и т. п., проявляется устойчивая тенденция к снижению напряжения питания (со стандартных 5 В до более низких значений). В связи с этим применение таких микросхем считается наиболее перспективным.
Таблица 1
В табл. 2 приведены микросхемы DAC с параллельным полноразрядным интерфейсом и использованы такие же обозначения, как и в табл. 1.
Таблица 2
Цифро-аналоговые преобразователи с последовательным интерфейсом
Цифро-аналоговые преобразователи с последовательным интерфейсом подразделяются на три группы по типу интерфейса: с последовательным периферийным интерфейсом SPI; с последовательным интерфейсом I²C (совместимым с SMBus); с последовательными интерфейсами других типов. В табл. 3 приведены данные на микросхемы DAC с интерфейсом SPI и использованы такие же обозначения, как и в табл. 1.
Таблица 3
В табл. 4 приведены данные для микросхем DAC с интерфейсом I²C.
Таблица 4
В табл. 5 приведены микросхемы DAC с другими интерфейсами.
Таблица 5
Анализ приведенных таблиц, а также рассмотрение наиболее интересных микросхем цифро-аналоговых преобразователей будут приведены в следующей части статьи.

Источник: rtcs.ru