DAC电路基本原理.pdf

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1、.§9-2DAC的一般工作原理一、解码原理1．基本公式D/A转换的基本原理涉及到代数基本定律，即任意一个非负整数A，总可以用一个t进制数表示为：A=at+at+···+at+at(9-1)(9-1)式是一个线性多项式，因此可用线性元件组成的网络来实现解码。图9-2所示是一个电阻解码网络，不难得出：(9-2)其中，（9-3）式中为所有电阻均接地时的并联等效电阻，称为t进制加权网络的特征电阻。显然，这是一个等比级数和的倒数，即：（9-4）当n→∞时有(9-5)2．推导过程在电子系统中，一般t＝2，即二进制加权网络，如图9-3所示。在n→∞时该网络的特征电阻为：(9-6);..图9-2t进

2、制加权电阻网络图9-3二进制加权电阻网络于是，当有一个电阻2iR接VR时，VO可表示为(9-7)将(9-3)式代入上式可得(9-8)显然，当有一个以上电阻分别在i、j、k、⋯、s、p等位上接VR时，VO的值可用叠加定理求得(9-9)如果用ai(i＝0，1，2，⋯，n-1)为“0”表示i位电阻接地。ai为“l”表示i位电阻接VR，则有(9-10)这就实现了由代数基本定律到D/A转换的基本原理及过程。二、D/A转换器的基本结构1．权电阻网络D/A转换器⑴解码网络;..由电阻网、受数字控制的模拟开关、基准源三部分构成。图9-4权电阻解码网络①解码网的特点每位一个电阻，称为位电阻，n位需n个

3、电阻；取值上（电阻），按二进制整数代码权的规律取值：、、⋯、，例如n=8，R=15K，则位电阻依次为：、、⋯、；②模拟开关每位一个开关，分别由各自数字量控制其切换，“1”接，“0”接地，是电压型开关，各路切换的电流不同，最大（电阻为R），最小（电阻为）；③基准源VR⑵I/O传输关系由电路结构图可看出：数字量代码不同——>开关S的状态不同——>电阻网结构改变。①求解原理;..根据（假设n=3）的取值，求出电路的等效内阻，由此推导出输出电压；②求解结果叠加原理求解步骤：a．求解R、2R、⋯、的内阻b．分别求出2R、4R、⋯、并联的电阻值；分别求出R、4R、⋯、并联的电阻值；分别求出R、2

4、R、8R、⋯、并联的电阻值；⋯⋯分别求出2R、4R、8R、⋯、并联的电阻值；之后，与R（或2R、或4R、⋯、或）并联；c．求解，为的分压值；d．求解由于该解码网电路存在等效内阻，因此输出电压（或电流）与内阻和负载RL均有关，应用极为不便，为此需增加读出电路，进行隔离、匹配。由此导出下面两种类型：空载输出型；短路电流输出型。③空载输出型如果，即输出端开路，此时的输出电压为：;..补充图9-1④短路电流输出型补充图9-2利用运放虚地的作用，并把电流转换为电压。公式：注意：此时对地输出为负极性电压，若用负基准源，则可获得正极性输出。⑶权网的优、缺点优点：线路简单、直观；电阻数量少，每位一个

5、电阻，对应一个电压开关；缺点：①阻值种类多，n位就是n种；;..②阻值差距极大，最小，最大；③各位电阻均要准确（精确）。（致命缺点）该权网在变形权电阻网中被成功的使用。⑷变形权网简介（补充）减小权位数，每阶以链接电阻相接。补充图9-3相同的三阶权网，通过链接电阻构成12位DAC。关键：求解出链接电阻。2．梯形R-2R解码网⑴电路结构;..图9-7T形R-2R电阻网络D/A转换电路①电阻网；②模拟开关；③读出电路；④基准源VR。⑵I/O传输关系即求解解码网输出模拟量与输入数字量间关系。①各位电流分析因各位模拟开关均为恒流开关，当解码网输出双电流模拟量的右边接成负反馈状态的读出电路后，不

6、管开关打在左边或右边，所有2R电阻的下端均接地（或虚地）。所以，可以根据代码画出等效电路图。②公式推导：方法：用叠加原理求解。、与数字量的关系如下：;..（注：指当时，；时，）③读出电路（思考：为什么用此电路？）：式中：——反馈电阻；R——解码网电阻；3．2nR+开关阵解码网简介若n=8位，需电阻：个；开关：个。;..图9-823R电阻分压式D/A转换电路4．集成化D/A转换器各类的主要优缺点及应用场合⑴分类：双极型和CMOS型双极型：转换速度快，适合于高速转换的场合。CMOS型：优点――制造容易、造价低；缺点――转换速度较慢。⑵电阻网络：离子注入或扩散电阻条、薄膜电阻离子注入或扩散

7、电阻条：价廉物美，但精度不高；薄膜电阻：高精度。;.