DAC電路基本原理

1、§ 9-2 DAC 的一般工作原理 一、解碼原理 1 基本公式 D/A 轉(zhuǎn)換的基本原理涉及到代數(shù)基本定律，即任意一個(gè)非負(fù)整數(shù) A ，總可以用一個(gè) t 進(jìn)制數(shù)表示為： A= a t +a t +···+a t +a t (9-1) (9-1) 式是一個(gè)線性多項(xiàng)式，因此可用線性元件組成的網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)解碼。圖 9-2 所示是一個(gè)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，不難得出： (9-2) 其中， （ 9-3 ） 式中 為所有電阻均接地時(shí)的并聯(lián)等效電阻，稱為 t 進(jìn)制加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的特征電阻。顯然，這是一個(gè)等比級(jí)數(shù)和的倒數(shù)，即： （ 9-4 ） 當(dāng) n 時(shí)有 (9-5)   2 推導(dǎo)

2、過程 在電子系統(tǒng)中，一般 t 2 ，即二進(jìn)制加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，如圖 9-3 所示。在 n 時(shí)該網(wǎng)絡(luò)的特征電阻為： (9-6) 圖 9-2 t 進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) 圖 9-3 二進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) 于是，當(dāng)有一個(gè)電阻 2 i R 接 V R 時(shí)， V O 可表示為 (9-7) 將 (9-3) 式代入上式可得 (9-8) 顯然，當(dāng)有一個(gè)以上電阻分別在 i 、 j 、 k 、 s 、 p 等位上接 V R 時(shí)， V O 的值可用疊加定理求得 (9-9) 如果用 a i (i 0 ， 1 ， 2 ， n-1) 為“ 0 ”表示 i 位電阻接地。 a i 為“ l ”表示 i 位電阻接 V R ，則有 (9-10)

3、 這就實(shí)現(xiàn)了由代數(shù)基本定律到 D/A 轉(zhuǎn)換的基本原理及過程。   二、 D/A 轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu) 1 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器 解碼網(wǎng)絡(luò) 由 電阻網(wǎng)、受數(shù)字控制的模擬開關(guān)、基準(zhǔn)源 三部分構(gòu)成。 圖 9-4 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)   解碼網(wǎng)的特點(diǎn) 每位一個(gè)電阻，稱為位電阻， n 位需 n 個(gè)電阻；取值上（電阻），按二進(jìn)制整數(shù)代碼權(quán)的規(guī)律取值： 、 、 ，例如 n=8 ， R=15K ，則位電阻依次為： 、 、 ； 模擬開關(guān) 每位一個(gè)開關(guān)，分別由各自數(shù)字量控制其切換，“ 1 ”接 ，“ 0 ”接地，是電壓型開關(guān)，各路切換的電流不同， 最大（電阻為 R ）， 最小（電阻為 ）； &#

4、160; 基準(zhǔn)源 V R I/O 傳輸關(guān)系 由電路結(jié)構(gòu)圖可看出：數(shù)字量代碼不同 > 開關(guān) S 的狀態(tài)不同 > 電阻網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變。 求解原理 根據(jù) （假設(shè) n=3 ）的取值，求出電路的等效內(nèi)阻，由此推導(dǎo)出輸出電壓； 求解結(jié)果 疊加原理求解步驟： a 求解 R 、 2R 、 的內(nèi)阻 b 分別求出 2R 、 4R 、 并聯(lián)的電阻值 ； 分別求出 R 、 4R 、 并聯(lián)的電阻值 ； 分別求出 R 、 2R 、 8R 、 并聯(lián)的電阻值 ； 分別求出 2R 、 4R 、 8R 、 并聯(lián)的電阻值 ； 之后， 與 R （或 2R 、或 4R 、或 ）并聯(lián)； c 求解 ， 為 的分壓值； d 求解 &

5、#160; 由于該解碼網(wǎng)電路存在等效內(nèi)阻，因此輸出電壓（或電流）與內(nèi)阻和負(fù)載 R L 均有關(guān)，應(yīng)用極為不便，為此需增加讀出電路，進(jìn)行隔離、匹配。由此導(dǎo)出下面兩種類型：空載輸出型；短路電流輸出型。 空載輸出型 如果 ，即輸出端開路，此時(shí)的輸出電壓 為： 補(bǔ)充圖 9-1 短路電流輸出型 補(bǔ)充圖 9-2   利用運(yùn)放虛地的作用，并把電流轉(zhuǎn)換為電壓。公式： 注意：此時(shí)對(duì)地輸出為負(fù)極性電壓，若 用負(fù)基準(zhǔn)源，則可獲得正極性輸出。   權(quán)網(wǎng)的優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 線路簡單、直觀；電阻數(shù)量少，每位一個(gè)電阻，對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓開關(guān)； 缺點(diǎn)： 阻值種類多， n 位就是 n 種； 阻值差距極大，最小 ，最

6、大 ； 各位電阻均要準(zhǔn)確（精確）。（致命缺點(diǎn)） 該權(quán)網(wǎng)在變形權(quán)電阻網(wǎng)中被成功的使用。   變形權(quán)網(wǎng)簡介（補(bǔ)充） 減小權(quán)位數(shù)，每階以鏈接電阻相接。 補(bǔ)充圖 9-3   相同的三階權(quán)網(wǎng)，通過鏈接電阻構(gòu)成 12 位 DAC 。 關(guān)鍵：求解出鏈接電阻。   2 梯形 R-2R 解碼網(wǎng) 電路結(jié)構(gòu) 圖 9-7 T 形 R-2R 電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換電路 電阻網(wǎng)； 模擬開關(guān)； 讀出電路； 基準(zhǔn)源 V R 。   I/O 傳輸關(guān)系 即求解解碼網(wǎng)輸出模擬量與輸入數(shù)字量間關(guān)系。 各位電流分析 因各位模擬開關(guān)均為恒流開關(guān)，當(dāng)解碼網(wǎng)輸出雙電流模擬量的右邊接成負(fù)反饋狀態(tài)的讀出電路后，不管開關(guān)打在左邊或右邊，所有 2R 電阻的下端均接地（或虛地）。所以，可以根據(jù)代碼畫出等效電路圖。   公式推導(dǎo)： 方法：用疊加原理求解。 、 與數(shù)字量的關(guān)系如下： （注： 指當(dāng) 時(shí)， ； 時(shí)， ） 讀出電路（思考：為什么用此電路？）： 式中： 反饋電阻； R 解碼網(wǎng)電阻；   3 2nR+ 開關(guān)陣解碼網(wǎng)簡介 若 n=8 位，需電阻： 個(gè)；開關(guān)： 個(gè)。 圖 9-8 2 3 R 電阻分壓式 D/A 轉(zhuǎn)換電路     4 集成化 D/A 轉(zhuǎn)換器 各類的主要優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合 分類：雙極型和 CMOS 型 雙