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williamhill吧:一文了解 DAC

发布时间:2022-05-27 02:31:14 来源:william威廉希尔 作者:williamhill吧

  从自然界现象进行A/D转换及数字信号处理,处理后为转换为自然界值,搭载了D/A转换器。

  在一般IC中由于电容器比电阻的相对精度高,在中高精度的D/A转换器中使用的比较多。

  这是面向高速(数MHz~)用途的变换方式。根据数字输入,通过开关电流源来切换输出电流。

  下图是一个在3bit分辨率(Resolution)的DAC中,用电阻分压,在开关中选择一个地方的方法。

  如果把电阻值变小,提高后续阶段的缓冲放大器,虽然可能高速工作,但由于在高分辨率中的开关寄生电容的限制,而导致工作速度降低。

  在3bit中需要8个电阻和开关,4bit中需要16个电阻和开关…在10bit中需要1024个电阻和开关。

  下图是6bit分辨率的DAC中,在第一级(左)Vref-GND之间选择一个电阻的两端(图中选择了从上数下来第三个电阻的两端)。

  优点是比起一级结构,由于控制了电路 规模,构成6bit的DAC所需要的电阻和开关数量控制在16个和18个(电阻分压方法的情况下,无论哪个都需要64个)。

  由于每增加一个级数就必须追加2个放大器,所以要权衡电阻和开关减少量进行选择。

  二进制方式是根据电路的构成带有加权数据,以下图R-2R梯形电路为代表性例子。

  R-2R梯形电路为了无论从哪个节点都可以看到电阻值2R的并联,每个节点的电流值都逐渐减半。

  优点是在小面积中可容易做出分辨率为10bit左右的DAC(所需电阻在Nbit的DAC中需要3N个,开关不用很大,也无需解码器),与其他方法相结合,如果是14bit左右的话可以实现。

  缺点是为了电阻的高相对精度,在实现高精度时需要对开关(MOSFET的尺寸)和布局(R和2R的匹配性很重要,特别是MSB侧=AO侧的电阻必须准确制作)下功夫。

  下图是使用了电容器、4bit分辨率的DAC例子。A0~A3无论哪个开关倒向Vref侧,都能得到不同的Vout电压。此时,放大器右边的两个开关同时ON,为了破坏电荷守恒的关系,在时钟信号下导通时间需要不重叠。

  优点是由于电容器的相对精度高,容易获得高精度,另外为了电容器内不产生直流电流,低频时只有放大器电流可低电流消耗。

  缺点是为了电容器充电和放电,不适用于加速, 在低速时为了弥补漏电流,必须要刷新操作。刷新控制需要对维持刷新中的输出电压等下功夫。

  拥有在电阻串DAC部分(左)3bit,电容器DAC部分3bit,共6bit分辨率的混合型DAC。上位bit的电阻间的电压根据下位数据加权插值。

  数据切换的瞬间,完全不同的电压(或电流)输出,在输出模拟信号中产生噪声。这个噪音叫做干扰。这个干扰的解决方案之一是使用温度计码(Thermometer code)。

  温度计码是指看有多少个1来表示数字的事物。(就像人们数数时,竖起手指数一样)

  能够抗干扰,但二进制代码转换为温度计码时,解码器根据分辨能力,呈指数的电路规模。