r2r что это такое

Цифроаналоговые преобразователи R-2R

Цифроаналоговый преобразователь с взвешиванием токов прост для понимания принципов работы, однако обладает рядом недостатков. Первый из них — это требование к высокой точности изготовления резисторов. Если разброс тока старшего разряда окажется больше значения тока младшего разряда, то ЦАП не будет выполнять свою функцию.

Второй недостаток связан с влиянием паразитных емкостей схемы. При больших разрядностях ЦАП с взвешиванием токов приходится применять высокоомные резисторы. Это приводит к большому времени заряда и разряда паразитной емкости микросхемы, что ограничивает ее быстродействие.

Рисунок 1. Матрица резисторов

В матрице резисторов формируется ряд напряжений, отличающихся друг от друга ровно в два раза. Рассмотрим этот механизм. В конце резистивной цепочки находятся два резистора с сопротивлением 2R. Эти резисторы одним концом соединены друг с другом, другие концы присоединены к корпусу схемы, то есть резисторы соединены параллельно. В результате их общее сопротивление равно R. При соединении резистора R и параллельного соединения двух резисторов 2R образуется делитель напряжения с коэффициентом деления 2. В результате напряжение на его выходе будет в два раза меньше напряжения на его входе.

Общее сопротивление делителя составляет 2R, так как сопротивления R в нем соединены последовательно. В результате в следующем звене матрицы ситуация повторяется. Снова образуется параллельное соединение двух резисторов 2R и снова образуется делитель напряжения в два раза. Так как напряжения в узлах матрицы отличаются друг от друга ровно в два раза, то и ток через резисторы 2R будет отличаться ровно в два раза, то есть подчиняться двоичному закону. Если теперь эти токи подавать или не подавать на вход аналогового сумматора на ОУ в зависимости от входного двоичного числа, то мы получим цифроаналоговый преобразователь.

Схема подобного цифроаналогового преобразователя с применением матрицы приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема четырехразрядного цифро-аналогового преобразователя

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьёй «Цифроаналоговые преобразователи R-2R» читают:

Источник

ЦАП на основе резистивной матрицы R-2R и его реализация на микроконтроллере

1) Использование матрицы R-2R в качестве параллельного ЦАП.

Рассмотрим матрицу, изображенную на рисунке слева.

Очевидно, что если все ключи находятся в положении «0», то выходное напряжение будет равно нулю.

Можно посчитать, что если ключ нулевого разряда установлен в положение «1», а все остальные в положение «0», то

если ключ первого разряда установлен в положение «1», а все остальные в положение «0», то

если ключи нулевого и первого разрядов установлены в положение «1», а все остальные в положение «0», то

В общем случае получим: U_вых=V*(А₀*1/16+А₁*1/8+А₂*1/4+А₃*1/2), где А_i=1, если соответствующий ключ (К_i) находится в положении «1» и А_i=0, если соответствующий ключ находится в положении «0».

То есть, замыкая различными способами ключи К₀…К₃ (или, по другому говоря, подавая на вход четырехбитное число A₃A₂A₁A₀) мы можем получить 2 4 =16 различных значений выходного напряжения (от U_вых=0 до U_вых=V*(1-1/16) с шагом Δ=V*1/16).

Таким образом, данная схема представляет собой простейший параллельный четырехбитный цифро-аналоговый преобразователь.

Аналогично можно построить восьми, десяти, двенадцати и вообще n-битный ЦАП.

В общем случае, для n-битного ЦАП будем иметь: U_вых=V*∑(A_i*1/2 n-i ), где i — номер разряда (i=0, 1, 2 … n-1), A_i=1, если соответствующий ключ замкнут на шину питания и A_i=0, если соответствующий ключ замкнут на общий провод.

2)Реализация ЦАП по схеме R-2R на микроконтроллере.

Допустим у вас нет ЦАП, но есть обычный контроллер с достаточным количеством неиспользуемых ног. Можно ли, используя микроконтроллер, сделать ЦАП самостоятельно? Да, конечно же можно.

Возьмём, к примеру, контроллер PIC16F628A и посмотрим в документации, как устроены его выходы:

Как видим, — для организации выхода используются два полевика, когда на выходе «0» — верхний полевик (подключенный к шине питания) закрыт, нижний (подключенный к общему проводу) — открыт, когда на выходе «1» — наоборот, верхний открыт, нижний закрыт. Это как раз то, что нужно, — мы можем подтянуть выход или к земле, или к питанию. Тогда, задействовав восемь таких выводов и матрицу R-2R, — получим восьмибитный цифро-аналоговый преобразователь:

Когда мы рассматривали матрицу R-2R, мы считали ключи идеальными (сопротивление замкнутого ключа равно нулю), но в реальности сопротивление замкнутых ключей (открытых транзисторов) не равно нулю. Для того, чтобы влияние этих паразитных сопротивлений можно было не учитывать, рекомендуется выбирать сопротивление R в 2 n (n — разрядность ЦАП) раз больше сопротивления замкнутого ключа.

Поскольку в рассмотренной схеме нет никаких интегрирующих цепочек, то быстродействие такого ЦАП определяется исключительно быстродействием контроллера.

Для обеспечения точности преобразований необходимо обеспечить достаточную для заданной точности стабильность питания.

Источник

Коротко про R2R v 0.91 beta (апрель 2021)

HALL OF FAME (reel to reel sound rating)

Абсолют
Telefunken M5 (tube, early heads + E80CC SQ)
Ampex MR-70 (tube, original state)

Выдающиеся
Studer C37 (tube)
Ampex ATR-102
Telefunken M15
Telefunken M15A
Studer A80

Хорошие
Studer B62
Studer A67
Studer B67
Telefunken M5b
Ampex AG-440
Nagra VI-S

Звук: от хорошо до хорошо с минусом, жанрово: на любителя неторопливо-винтажной («германиевой») подачи
Транспорт: хорошо
Универсальность: средне, но ни на что более не похож (см. разве что одно исключение ниже)

Звук: см. выше
Транспорт: хорошо
Универсальность: хорошо

Звук: тоже хорошо и есть некоторый потенциал для улучшения
Транспорт: хорошо и даже очень
Универсальность: очень хорошо

Звук:
Транспорт: очень хорошо
Универсальность: смотря для каких целей

Сразу же важная оговорка: для вас, о любители онологей.

Звук: очень хорошо / отлично, но всегда очень «по-своему». любителям музыкального сыроедения: с непривычки еще более удивляет, чем С37.
Транспорт: очень хорошо
Универсальность: средне

Звук: хорошо/хорошо c минусом, немного жанрово
Транспорт: хорошо
Универсальность: от хорошо до средне

Звук: очень хорошо
Транспорт: средне-плюс
Универсальность: очень хорошо

(Рассматриваются ранние штатные «вечные» головки «стеклоферрит»).

Звук: очень хорошо и есть потенциал для улучшения (как правило, установка пермаллоевых голов)
Транспорт: отлично
Универсальность: очень хорошо, заокеанский студийный стандарт, один из эталонов аппаратов «новой волны» (основной конкурент аппаратам на «рассыпухе», типа А80 и М15)

Звук: отлично, ни на что не похоже, мастер-класс создания звука от Ampex
Транспорт: очень хорошо
Универсальность: один из лучших аппаратов в мире во всех смыслах

Звук: предварительно неплохой, даже хороший, но мало данных
Транспорт: для ловких техно-гурманов без излишнего тремора рук
Универсальность: для обеспеченных ценителей и коллекционеров

Звук: странный, но от итоговой оценки воздержусь до момента сравнения в своей системе
Транспорт: абсолютный
Универсальность: абсолютная

APR 5002 (что важно: без таймкода, NAB головы)

Звук: от средне до средне с плюсом, жанрово, эстрадно
Транспорт: хорошо
Универсальность: средне, для ностальгирующих

Звук: от средне до средне с плюсом
Транспорт: очень хорошо
Универсальность: хорошо, но не для дома

Кратко о системе оценки:

Источник

Умеют ли сегодня готовить мультибитные ЦАПы? Тест конвертера Vinshine Audio DAC-R2R Ref

Сегодня мы с вами узнаем, насколько на данный момент продвинулась легендарная технология R-2R и сравним полученный результат с пионерами отрасли.

Один за другим аудиопроизводители эксплуатируют ностальгию по мультибитным конвертерам. То американский Schiit с шутками в мануале, то китайские мастаки с очередным бессмысленным названием на латинице. В этот раз Vinshine Audio заявлен как сингапурский проект, хотя и собирается силами китайской мануфактуры Jay’s Audio.

Модель DAC-R2R Ref нельзя назвать свежей новинкой — она появилась в 2016 году, и к настоящему времени все упоминания о ней на фирменном сайте уже отсутствуют. Как же так?

А начиналось все так воодушевленно и с огоньком в треде head-fi.org — читателей знакомили с этапами производства чуть ли не в прямом эфире. Вот алюминиевые заготовки под обработку, вот пара торов отправляется на посадку. Как бы там ни было, перед нами финальный результат DAC-R2R Ref — в отличие от интернет-странички, он-то никуда не делся.

Тяжеленький за счет трансформаторов и корпуса компонент весом 6,4 кг. Сборка выполнена добротно и аккуратно, но с простоватыми чертами — без намека на дизайн. Просто плиты анодированного алюминия с парой полированных ручек и тисненным шильдиком Vinshine Audio. Габариты: 320x70x300 мм. Что за ними?

Идеолог Vinshine Audio, Элвин Чи (Alvin Chee), решил топить за все хорошее и против всего плохого. В качестве ЦАПа работает резистивная матрица R2R DAC REV4 0.05% небезызвестной в узких кругах датской фирмы Soekris. Относительно чипов 1980-х, теперь плата получилась приличной — даже больше гиганта Ultra Analog D20400A.

Сама Soekris сейчас находится в полуанабиозном состоянии — большинство ее позиций на сайте имеют пометку «sold out». Что касается, собственно, модели R2R DAC REV4 0.05%, то на сайте ее тоже нет — но на eBay она продавалась по цене в 414,20 долларов. Проценты в индексе обозначают точность подгонки резисторов — Soekris предлагала и более дорогие версии с погрешностью 0,012%.

Soekris R2R DAC REV4 0.05%

USB-приемник/преобразователь в I2S реализован на базе Amanero (стоимость — 79 евро). Также есть коаксиальный и AES/EBU-входы. Все это заведено прямо на плату Soekris, которая умеет принимать SPDIF и I2S. А вот оптический разъем в Vinshine Audio решили не ставить — так что не получится у меня поэкспериментировать с транспортом высокого джиттера в лице AirPort Express. Зато здесь можно увидеть разъем RS232 для вероятных апгрейдов софта Soekris.

Теоретически, имеется возможность заливки другого варианта фильтра вместо штатного минимально-фазного. Но с хлопотами-эмуляторами, которыми я не стал заниматься. Да и вообще, сами видите: спустя три года — никаких упоминаний на официальном сайте. Нет человека аппарата — нет проблемы. Причем даже изначально в комплекте не было мануала. А ведь в эксплуатации DAC-R2R Ref имеются свои нюансы, которые следовало бы знать пользователю.

Звук выводится параллельно на RCA- и XLR-выходы. Плата Soekris (и, соответственно, DAC-R2R Ref) может работать в двух режимах: с фиксированным и переменным уровнем сигнала. Изменение громкости у Soekris сделано в цифровом домене — с 28-битным разрешением. То есть четыре дополнительных бита здесь работают для лучшего сглаживания сигнала при регулировке уровня.

Но если переключиться тумблером на fixed level на включенном устройстве, уровень зашкалит на 10 дБ с перегрузкой. Поэтому вы должны выключить конвертер, переключить режим и включить устройство, дав возможность микропрограмме загрузиться в Soekris с новыми параметрами работы.

Идея тумблера включения на задней панели представляется мне очень бестолковой. Нельзя же мыслить такой аппарат только в настольных категориях! Питание реализовано на двух Noratel — знаю, как их вид радует наших DIY-экспертов.

Тороиды завывают при включении, а затем быстро успокаиваются — видимо, после загрузки микропрограммы на ПЛИС Spartan 6 в Soekris. На нее работает стабилизатор Walt JUNG Superreg с постоянным напряжением в 12 В. Другая пара LT108x держит напряжение в 5 В для цепи управления и 15 В на усилитель наушников.

Для наушников Элвин Чи решил поставить готовый модуль усилителя Lehmann, снабдив его двумя разъемами 6,3 мм. Ну и правильно — нечего выдумывать что-то хорошее заново.

Разумеется, индикация DAC-R2R Ref выполнена на синих светодиодах, которые моргают в отсутствие сигнала. Впрочем, они мелкие, светят достаточно тускло и мрачно и не тревожат глаз дурной яркостью. Пульта ДУ, мануального переключения фильтра и других излишеств не предусмотрено.

И вот за все это производитель просил 1 600 долларов. Это уже не уровень алишной погремушки, а вполне себе ощутимая гиря для бюджета. Посмотрим, что она потянет в измерениях. Сначала на балансном выходе с постоянным уровнем 4 В, затем — с включенной регулировкой уровня и то же самое на RCA.

Уровень джиттера на сигнале 16 бит/44,1 кГц не вызывает никаких нареканий

Amanero и математика карты Soekris не дают повода усомниться. Никакого мусора от паразитных квантований не наблюдается. Шумы и величина джиттера на любых входах минимальны. Синус низкого уровня (-90 дБ) в разрешении 24 бит выводится образцово. Для мультибитных реализаций — это большой успех, поскольку архитектурой R-2R обусловлены проблемы с линейностью на малых значениях сигнала.

Синус низкого уровня (-90 дБ) в разрешении 24 бит. А ты точно мультибитный конвертер?

Правда, с перегруженным по 0 дБ сигналом плата Soekris справиться не может и на интерсемпловые искажения реагирует так же, как и подавляющее большинство конвертеров — ростом шумовой полки в ультразвуковой области.

Кроме того, можно сказать, что устройство лучше справляется с частотой дискретизации 48 кГц, поскольку на 44,1 кГц в спектре появляется больше мелких помех и чуть раньше наступает спад АЧХ.

Характер гармонических искажений на тестовом сигнале 24 бит/48 кГц Характер гармонических искажений на тестовом сигнале 24 бит/44,1 кГц

По звуку могу сказать, что ничего особенно плохого на Vinshine Audio DAC-R2R Ref не услышал. Но и хорошего тоже. Вообще, никаких откровений или порхающего саунда с мерцанием ревербераций. Ничего такого, чтобы можно было как-то выразить в красивое противопоставление «живого мультибита» со «стеклянной дельта-сигмой», как это было с легендарными плеерами Philips на TDA1540.

Разумеется, после минутного переключения селектора туда-сюда, стало быстро понятно, что сравнивать новодел с пионерами технологии вроде Philips CD202/303 или даже CD104 просто не имело смысла. Не та лига. И даже гармонические искажения у плеера 36-летней давности были ниже!

Уровню подачи Vinshine примерно соответствуют CD-модели среднего ценового диапазона, которые были выпущены позже — причем не все они относятся к R-2R. Vinshine играл достаточно гладко, кто-то совсем не опытный скажет: с «интересной серединой». Но как-то… на одной ноте. Но было чем и утешиться.

В противовес унылому впечатлению от линейных выходов, усилитель для наушников (Lehmann) выдал достаточно приятный звук — и остальная часть Vinshine Audio DAC-R2R Ref ему не очень и помешала.

Импеданс на выходе на наушники составил 9 Ом, а максимальное напряжение без нагрузки 4,74 В оказалось повыше, чем на линейных XLR-выходах. Но повторю свой старый тезис: наушники — это специфическая область, где различные отклонения и окрасы не так царапают слух по сравнению с акустическими системами.

Что мы имеем в итоге? Нормальный усилитель для наушников благодаря Lehmann и достаточно посредственный стереоисточник RCA/XLR — при всех тороидах и правильных деталях. За 1 600 долларов? Нет уж, за эти деньги найдется техника поинтереснее. И по старым деньгам, и по нынешним.

Источник

Электроника для всех

Блог о электронике

Параллельный Цифро Аналоговый Преобразователь по схеме R-2R

Порой надо выдать точный аналоговый сигнал, да еще с быстро менющийся. Например, функцию. Раньше я рассматривал как это можно сделать с помощью ШИМ, но у этого метода есть проблема — он очень медленный. В самом деле, чтобы получить один уровнь на ШИМ, нужно, по меньшей мере, 256 тиков таймера. А если надо развернуть функцию в которой 256 отсчетов? Да еще на каждый отсчет по 256 тиков? Это какая же должна быть частота процессора? Да еще надо учесть, что ШИМ требует интегрирующей цепочки с конденсатором. А значит для четкого установления уровня должно пройти еще несколько импульсов, что снижает скорость еще раза в три. Короче, получить что либо быстрей чем 50 ГЦ на ШИМ очень сложно. Я не говорю даже о том, что у ШИМ изза свойств емкостного заряда сильно плывет линейность, так что это приходится учитывать.

Тут на помощь приходит параллельный ЦАП. Суть его в том, что каждый его вход имеет свой вес в вольтах, которые потом складываются, образуя сумму на выходе. При этом работает вся конструкция очень быстро. Фактически, скорость тут ограничена только паразитными емкостями между элементами.

Также не помешает добавить операционный усилитель, включенный повторителем. Чтобы сопротивление нагрузки не вносило искажений. Я поначалу впаял OP07, но получил облом — у меня отрезало все, что ниже 2.5 вольт. Слишком маленькое напряжение питания. Тут нужен усилитель который может работать в режиме Rail-2-Rail то есть выдавать на выходе сигнал с амплитудой от плюса до минуса питания, с минимальным отклонением. При добавлении ОУ, надо учитывать тот факт, что почти у всех операционников максимальное выходное напряжение резко заваливается с ростом частоты — параметр Max Output Swing vs Freq. это показывает. Например, для LM324 выглядит так:

Я усилитель подходящий в запасах не нашел, поэтому пока так. Благо у осциллографа сопротивление высокое и на выходное напряжение он практически не влияет. Чтобы не подбирать номиналы резисторов я поступил проще — в вертикальную линию впаял по два резистора в параллель. При таком включении резистора его сопротивление уполовинивается. Таким образом, все резисторы у меня одного номинала.

Вытравил платку, учел посадочное место под усилитель, а также фильтрующий и блокирующий конденсаторы. Кучу штырей для подключения осциллографов или проводов на другие блоки и завел все это на свою макетку.

Первым делом, выдал синус. Синус у меня чисто табличный. 256 значений, саму таблицу нарыл в инете. Функция получилась гладенькая. Прям заглядение.

Пробовал брать каждое второе значение из таблицы (при этом она ужалась до 128 значений) — тоже все очень красивое. И лишь когда стал брать чуть ли не каждое 16е значение, то тогда стали заметны лесенки на функции:

И то их можно было сгладить фильтром и опять будет красота. Зато на 8ми мегагерцовой Меге удалось добиться 20кГц синусоидального сигнала 🙂

Вот такой код получился, точнее это фрагмент.

З.Ы.
Но синус это не прикольно. В конце концов, его можно и аналоговыми методами получить не сильно напрягаясь. А с ЦАП можно по таблицам задать любую форму. Вот, например,

А это рок концерт. Вид со сцены.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

123 thoughts on “Параллельный Цифро Аналоговый Преобразователь по схеме R-2R”

Конешн. Была такая недозвуковуха в свое время. Covox звалась. Вот это она и есть.

Источник