кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры электроники Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Цифроаналоговые преобразователи широко и эффективно используются в радиоэлектронной аппаратуре различного назначения, когда необходимо преобразование цифрового кода управления в аналоговый параметр – ток или напряжение. Их используют, в том числе, и в цифроаналоговых синтезаторах частоты для получения требуемой формы огибающей синтезируемого сигнала. В настоящее время основными проблемами при построении прецизионных и (или) быстродействующих цифроаналоговых преобразователей являются технологические ограничения производства, а именно – конечная точность реализации аналоговых элементов. Поэтому актуален структурный метод преодоления технологических ограничений.
Цель настоящей работы заключается в проведении сравнительного анализа классических методов цифроаналогового преобразования на основе матрицы R-2R и в обосновании нового подхода к идеологии цифроаналогового преобразования и построению цифроаналоговых преобразователей повышенной точности и (или) быстродействия.
Решение проблемы заключается в увеличении числа опорных сигналов на входах парциальных цифроаналоговых преобразователей при безусловном обеспечении их жесткого дробно-кратного (нониусного) соотношения. При этом сопряжение нониусных шкал необходимо производить в одной точке и на постоянном токе. Точность сопряжения шкал должна соответствовать конечной точности цифроаналогового преобразования.
Новизна и оригинальность предлагаемого метода подтверждена теоретическими расчетами, структурным и схемотехническим моделированием, натурным моделированием, а также патентами России и США.
Возможность практической реализации новой структуры цифроаналогового преобразователя подтверждена схемотехническим моделированием с помощью пакета Microcap12 и натурным макетированием, которые подтвердили корректность предлагаемого метода.
Предлагаемое решение позволяет обойти технологические ограничения на потенциально достижимую точность преобразования при производстве микросхем ЦАП и обеспечивает качественно новые возможности техники цифроаналогового преобразования.
Digital-to-analog converters are widely and effectively used in radio-electronic equipment for various purposes, when it is necessary to convert a digital control code into an analog parameter - current or voltage. They are used, among other things, in digital-to-analog frequency synthesizers to obtain the required envelope shape of the synthesized signal. At present, the main problems in the construction of precision and (or) high-speed digital-to-analog converters are technological limitations of production, namely, the final accuracy of the implementation of analog elements. Therefore, a structural method for overcoming technological limitations is relevant.
The purpose of this paper is to conduct a comparative analysis of classical digital-to-analog conversion methods based on the R-2R matrix and to substantiate a new approach to the ideology of digital-to-analog conversion and the construction of digital-to-analog converters of increased accuracy and (or) speed.
The solution to the problem lies in increasing the number of reference signals at the inputs of partial digital-to-analog converters while unconditionally ensuring their strict fractional-multiple (vernier) ratio. In this case, the conjugation of the vernier scales must be performed at one point and on direct current. The accuracy of the conjugation of the scales must correspond to the final accuracy of the digital-to-analog conversion.
The novelty and originality of the proposed method are confirmed by theoretical calculations, structural and circuit modeling, full-scale modeling, as well as Russian and US patents.
The possibility of practical implementation of the new structure of the digital-to-analog converter is confirmed by circuit modeling using the Microcap12 package and full-scale prototyping, which confirmed the correctness of the proposed method.
The proposed solution allows to bypass technological limitations on the potentially achievable conversion accuracy in the production of DAC microcircuits and provides qualitatively new capabilities of digital-to-analog conversion technology.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.