Получить 20-битный ЦАП

Если у вас имеется несколько ЦАП низкого разрешения на микроконтроллере, то на их основе вы всегда можете построить ЦАП более высокого разрешения. В простейшем случае это 2 порта, являющие собой два однобитных ЦАП. Создав общую точку соединения выходов портов резисторами, соотношение которых 1:2 получим один 2-битный ЦАП, построенный на базе двух однобитных.

Такой же подход справедлив, если вместо дискретного сигнала портов используется аналоговый сигнал ЦАП. Разрядность применяемых ЦАП определяет соотношение резисторов R1 и R2. В случае применения двух 12-ти разрядных ЦАП это соотношение будет 1 : 4096.

Составленный таким образом ЦАП в идеале может иметь двойное разрешение. В нашем случае – 24 бита. Однако на практике этого достичь тяжело. Что помешает? Начнём с соотношения резисторов R1 и R2, будем считать, что R1 – формирует старшие разряды ЦАП высокого разрешения, а R2 - младшие. Что случится, если их соотношение будет отличаться от заявленных 1 : 4096. Возникнет погрешность, показанная ниже...

Таким образом, для получения выходного разрешения ЦАП 24 бит, составленного из двух 12-ти битных ЦАП, мы обязаны использовать резисторы с классом точности 0.025% или выше, если такое вообще бывает. Если использовать более реальные резисторы с классом точности 0.1%, то мы потеряем 4 бита разрешения, то есть получим на выходе 20-ти битный ЦАП с характерной дифференциальной нелинейностью.

Что можно сделать? Если использовать не 2, а 4 ЦАП с ещё более низким разрешением (в случае построения 24-битного ЦАП, это 4 шт 6-ти битных ЦАП), то количество нелинейностей увеличится в 16 раз, зато их величина уменьшится в те же 16 раз, таким образом, мы вытащим ещё несколько бит. Вместо достигнутых 20-ти бит на базе резисторов 0.1% в прошлом варианте, мы получим 24 битный ЦАП, в идеале.

Все нелинейности ЦАП низкого разрешения окажутся на выходе составного ЦАП, это очевидно. Более того, выход полученного ЦАП должен быть буферизирован. Малейшие токи ЦАП старших разрядов будут вызывать просадку их выходного напряжения, что создаст интегральную нелинейность преобразования. Речь идёт о сотне нановольт, когда идёт построение 24-битного ЦАП. Токи должны быть минимизированы. Это ограничение на номиналы применяемых резисторов снизу и предпосылка установки повторителя напряжения на выходе ЦАП. Однако, установив буферный повторитель – помните, что все нелинейности и смещения повторителя окажутся на выходе.

Это вряд-ли. Ознакомтесь с номинальными рядами сопротивлений.

E24 обеспечивает ±5% допуск, а для 20-ти битного ЦАП требуется точность 0.1%.