数模转换器的解码原理分析

转换器

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描述

数模转换器,又称D/A转换器,简称DAC,它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成,即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。

解码原理

D/A转换的解码原理涉及到代数的基本定律,如下所示:

CMOS

说白了就是任意一个非负整数A,都可以用一个t进制数表示。其中,t表示进制数,比如常用的t=2就表示二进制的进制数,n表示位数,ai即对应位数上的数值。

那么,如果将上式中的A换成要转换的模拟量,就可以看成是对多个较小模拟量t^n^加权求和得到,权值即为a ^i^ (i=0,1,2,...,n)。

权电阻网络D/A转换器

这里给出一种工作原理简明的权电阻网络D/A转换电路如下图所示:

CMOS

权电阻D/A转换电路

图中权电阻和运算放大器构成了反相加法放大器,可得输出电压为:

CMOS

在实际应用中,一般将Rf取成R/2,即得:

CMOS

那么,就可以实现D/A转换。

T型R-2R电阻网络D/A转换器

如下图所示是一种实用的T型电阻网络D/A转换电路。

CMOS

T型R-2R电阻网络D/A转换电路

在该电路中,由于运算放大器的虚短特性,不论开关处于何种状态,S1~Sn的各点电位均可认为0(虚地或实地)。

那么,从右到左观察图中N、M、...、B、A各点,从各点向右看对地电阻都是R;从左到右分析,可得各路的电流分配,其规律是I R /2、I R /4、...、I R /2 ^n-1^ 、I R /2 ^n^ 。满足按权分布的要求,可得:

CMOS

从而实现D/A转换。

集成D/A转换器类别及对比

目前集成D/A转换器按其制作工艺分,分为双极型和CMOS型两类。电阻网络有采用离子注入或扩散电阻条,高精度的D/A转换网络多采用薄膜电阻。

高速双极型D/A转换器,目前大多采用不饱和晶体管电流模拟开关,其建立时间(稳定时间)可缩短到数十至数百纳秒。

CMOS型D/A转换器中采用CMOS模拟开关及驱动电路,这种电路制造容易、造价低,但转换速度不如双极型高。

审核编辑:刘清

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