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  • 电阻阵列DAC
    http://www.ic72.com 发布时间:2009/7/2 14:29:43

    背景知识:

    随着通信、多媒体技术和图像处理技术的快速发展,数字信号处理中的数模转换器(Digital-Analog Converter,即DAC)被广泛应用于数字无线系统、通信、计算机、高精度成像系统和视听系统,而数字信号处理的各种数字信号,最终要通过数模转换技术,变为可输出的模拟信号。数模转换器的好坏直接影响整个系统的性能。由于数字信号处理技术的飞速发展,要求DAC具有足够高的数据处理速度和足够高的精度。然而,考虑到芯片的实际应用,在不损失电路性能的前提下,降低成本便成为首要任务。在∑-△型DAC高成本的不利因素下,各式各样的DAC都为了降低成本,提高精度而努力。

    基本原理:

    电阻列阵DAC又称为权电阻网络DAC。如图,它由模拟开关S、权电阻网络、求和放大器和参考电压Vref组成。

    image:bk070539-1.jpg

    模拟开关S受输入二进制码do,di,d2,d3控制。当di=1时,S,将权电阻网络中相应的电阻和参考电压Vref接通,有支路电流Ii流向求和放大器;当di=0时,S*将权电阻网络中相应的电阻接地,支路电流为0。权电阻网络由4个按二进制规律排列的电阻23R,22R,21R, 20R组成,所有电阻的一端接在运算放大器的反相端,另一端分别与相应的模拟开关相连。最高有效位(MSB)的权电阻RMSB为R,最低有效位(Least Significant Bit缩写为“B)的权电阻RLSB=23R。也就是说,二进制权码的位权越大,对应的权电阻越小。

    下面对转换输出模拟电压Vom与输入数字量d。之间的关系进行定量的分析。当输入二进制码中某位di=1时,开关Si接至参考电压Vref,由于运放为理想运放,反相端虚地电位为零,这时电阻支路中的电流为:

    [[image:bk070539-2.jpg

    当输入二进制码中某位di=0时,S;开关接地,Ii=0。因此,可得出对应于第i位数字量到模拟量的转换表达式为:

    image:bk070539-3.jpg

    根据运放虚断原理,运放的输入不取电流,所以有:

    image:bk070539-4.jpg

    因为RF=R/2,代入上式得

    image:bk070539-5.jpg

    进一步推广到当n位权电阻网络DAC,当反馈电阻RF为R/2时,输出电压为

    image:bk070539-6.jpg

    从上式可以看出DAC输出的模拟电压正比于输入的数字量Dn,实现了从数字量到模拟量的转换。当Dn=0时,Vo=O,当D_=111...11时,

    image:bk070539-7.jpg

    所以可以得出DAC输出巧的最大变化范围为:

    image:bk070539-8.jpg

    权电阻网络型DAC的精度取决于参考电压Vref、模拟开关Si、运算放大器及各权电阻的精度。为了保证精度,网络中每个权电阻的阻值都要很精确。但权电阻解码网络中阻值范围太宽,最高位电阻RMSB与最低位电阻RLSB之比为1:2N-1,即当N=11时,其比值为1:1024。若RMSB=2kO, RisB=2.048MO。一般利用集成工艺制造如此大的阻值是很困难的,从产品成本控制上也不允许。


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