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R/2nR DAC:二进制加权输入数模转换器

第十三章-数模转换

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什么是R / 2NR DAC电路?

R/2nR DAC电路,也称为binary-weighted-inputDAC是逆变求和的一种变体运放电路。(注意,“求和”电路有时也被称为“夏季”电路。)

如果你还记得,经典的反相加法电路是一种使用负反馈控制增益的运算放大器,有几个电压输入和一个电压输出。输出电压为所有输入电压的正(反)和:

对于简单的反相汇总电路,所有电阻器必须具有相同的价值。如果任何输入电阻都不同,则输入电压对输出具有不同程度的影响,并且输出电压不是真正的总和。

例如:一个具有多个输入电阻值的R/2nR DAC

但是,让我们考虑在不同的值下有意地设置输入电阻。假设我们要以两个:R,2R和4R的多个功率设置输入电阻值,而不是所有相同的值R:

从V1通过V3.,这将使每个输入电压恰好恰好在输出上的效果的一半。换句话说,输入电压V1对输出电压有1:1的影响(增益为1),而输入电压V2对输出有一半的影响(1/2的增益)和v3.它的一半(增益1/4)

这些比率不是任意选择的:它们是与二进制中位置权重对应的相同比率数量系统。如果我们用数字门驱动这个电路的输入,使每个输入是0伏特或全电源电压,输出电压将是这三位二进制值的模拟表示。

如果我们画出该电路中所有8种二进制位(000到111)输入组合的输出电压,我们将得到以下电压级数:

-------------- |二进制|输出电压|----------- |000 |0.00 V |-------------- |001 |-1.25 V |------------------ | 010 | -2.50 V | -------------- | 011 | -3.75 V | ------------------ | 100 | -5.00 V | -------------- | 101 | -6.25 V | ------------------ | 110 | -7.50 V | -------------- | 111 | -8.75 V | ------------------

请注意,在二进制计数序列中的每个步骤中,输出中会产生1.25伏的变化。

该电路很容易模拟使用香料。在接下来的模拟中,我设置了DAC电路的二进制输入为110(注意电阻R的第一个节点号1, R2R3.:节点号“1”连接到5v电池的正极,节点号“0”连接到地。

仿真中节点6上出现输出电压:

二进制加权DAC V1 1 0 DC 5 RBOGU 1 0 99K R1 1 5 1K R2 1 5 2K R3 0 5 4K RFEFBK 5 6 1K E1 6 0 5 0 999K .end节点电压节点电压(1)5.0000(5)0.0000(6)-7.5000

我们可以调整电路中的电阻值,直接得到与二进制输入相对应的输出电压。例如,通过使反馈电阻800 ω而不是1 k ω, DAC将输出-1伏特的二进制输入001,-4伏特的二进制输入100,-7伏特的二进制输入111,以此类推。

(通过800欧姆设定的反馈电阻器)------ |二进制|输出电压|---------------- |000 |0.00 V |------------- |001 |-1.00 V |---------------- | 010 | -2.00 V | ------------ | 011 | -3.00 V | ---------------- | 100 | -4.00 V | ------------ | 101 | -5.00 V | ---------------- | 110 | -6.00 V | ------------ | 111 | -7.00 V | ----------------

如果我们希望扩展DAC的分辨率(在输入端增加更多位),我们所需要做的就是增加更多的输入电阻,保持相同的2的幂序列值:

应该指出的是所有逻辑门在“高”状态下必须出现完全相同的电压。如果一个栅极输出“高”的+5.02伏特,而另一个栅极仅输出+4.86伏,则DAC的模拟输出将受到不利影响。

同样地,所有的“低”电压水平在门之间应该是相同的,理想的0.00伏特完全正确。建议CMOS输出门,并选择输入/反馈电阻器的值,以使每个门必须产生或吸收的电流最小。