¿Topología MOSFET para cambiar entre voltaje y tierra?

La mayoría de las personas manejan los peldaños de una escalera R2R con pines de salida CMOS estándar. La "topología" conectada directamente a ese pin de salida es generalmente un inversor CMOS estático :

donde'Q',VddyVsssonlospinesfísicosalosquetienesacceso,y'A'eselnodointernodelchip.

AlgunosdeellosusanunospocospinesdesalidaCMOSenunmicrocontroladorparacontrolardirectamentelosescalonesR2R.Elrestogeneralmenteusaunospocospinesdesalidaenunmicrocontroladorparaenviardatosaalgúntipodechipderetenciónochipdebúfer,yluegolospinesdesalidaCMOSdeesechipcontrolanlosescalonesR2R.Amenudo,elchipdecierreesel74HC595(sisu"voltaje positivo arbitrario" está en el rango de 2.0 V a 6.0 V) o el HEF4069 / CD4069 o el HEF4094 / CD4094 (que puede manejar "voltaje positivo arbitrario" en el rango de 3.0 V a 15 V).

En mi otra respuesta me centré en el alto voltaje, que es un problema para muchos componentes (y que David no cubre en su respuesta).

También puede hacer la mayoría en niveles lógicos más bajos, y solo ir a 20 V al final. Las salidas de HCMOS de su microcontrolador, o IC de lógica externa, tienen una salida MOSFET complementaria, capaz de generar tanto corriente como de sumidero.

Si no tiene suficiente E / S en su microcontrolador, un registro de desplazamiento como 74HC595 David también mencionó, puede ofrecer una solución. Te da 8 bits de salida, puedes conectar en cascada dos dispositivos si necesitas más.

De esta manera obtendrá una tensión analógica entre 0V y 3.3V o 5V, cualquiera que sea su lógica. Solo tiene que ampliar eso por \ $ \ times \ $ 6 / \ $ \ times \ $ 4 para obtener una salida de 0 a 20V. Utilice una plataforma de Rail-to-Rail que tome un suministro de 20V, como CA3420 como un amplificador no inversor:

Esta es una solución realmente de bajo consumo.

Si desea una resolución de 8 bits, debe usar resistencias de 0.1% para la red R-2R.

Necesitas una etapa push-pull como dice David. A diferencia de TTL, (H) Las salidas CMOS son simétricas y generarán o hundirán la misma corriente. Sin embargo, HCMOS y sus muchas variantes no son adecuados para su alto voltaje. HCMOS es 5V típico, 6V máximo, y hay variantes que solo operan hasta 3.6V. Incluso la antigua serie CD4000 está limitada a 15V.

Tendrás que hacer un conductor tú mismo. Coloque un P-MOSFET y un N-MOSFET en serie e instálelos desde una salida de colector abierto / drenaje. Normalmente, necesitaría una resistencia pull-up de bajo valor a + 20V, de modo que el N-MOSFET se pueda encender lo suficientemente rápido, pero a 1Hz eso no es realmente un problema.

Para los MOSFET, casi cualquier tipo de bajo consumo funcionará: no necesita mucha corriente, ni alta velocidad, y tiene suficiente voltaje para conducirlos. El BSS8402DW o el Si1029X , ao, combina un par complementario en un paquete.

Preste atención al controlador de drenaje abierto / colector abierto. Los dispositivos HCMOS, como el 74HC07, tienen diodos de sujeción, lo que limita la salida a \ $ V_ {DD} \ $. Otros tienen un voltaje de salida limitado de 15V. El 74LS07 está especificado hasta 30V.

Alternativamente , solo la recuperación puede ser una opción. Depende de la resolución del DAC y de lo que conduzca con ella. Si la resolución está limitada a, digamos, 8 bits, y manejará una entrada de alta impedancia con ella, puede usar un valor de resistencia alto para la red R-2R, y una resistencia de pull-up de bajo valor puede no causar un error demasiado grande.
Si su R-2R usa 1M \ $ \ Omega \ $ / 2M \ $ \ Omega \ $ resistores, un pullup de 4.7k \ $ \ Omega \ $ solo causará un error de 0.2%, eso es menos de 1 LSB en un 8- bit DAC.
Es posible que esto no se ajuste a la potencia baja que especificó; cada bit consumirá 4 mA de 20 V, en el peor de los casos (todos ceros) es de 32 mA para un DAC de 8 bits.