DAC电路基本原理

1、§ 9 -2 DAC的一般工作原理、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= a t '' +a t 1-1 + +a -1 ' +a I： t " (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：其中,(9-2)(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:R肋(9-4 )R当 nx 时有.-(9-5)2 .推导过程在电子系统中，一

2、般t = 2，即二进制加权网络，如图9-3所示。在nx时 该网络的特征电阻为：厘 戈(9-6)图9-2 t 进制加权电阻网络 图9-3二进制加权电阻网络于是，当有一个电阻2 i R 接V R时，V 0可表示为将(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V R时, VO的值可用叠加定理求得2咆FR(9-9)如果用a i (i = 0,1,2,-,n-1)为“ 0 ”表示i位电阻接地。ai为“ I ”表示i位电阻接V R，则有a (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

3、解码网络由电阻网、受数字控制的模拟开关、基准源 I三部分构成。图9-4权电阻解码网络 解码网的特点每位一个电阻，称为位电阻，n位需n个电阻；取值上(电阻)，按二进制整 数代码权的规律取值： 二'、='、，例如n=8 , R=15K , 则位电阻依次为： 一二、I 工二、二二； 模拟开关每位一个开关，分别由各自数字量控制其切换，“1 ”接丫卜;，“ 0 ”接地，是电压型开关，各路切换的电流不同，-1-最大（电阻为R ）,丄最小（电阻为丁匸）； 基准源V RI/O传输关系>开关S的状态不同 > 电阻由电路结构图可看出：数字量代码不同 网结构改变。 求解原理 根据 -（假

4、设n=3）的取值，求出电路的等效内阻，由此推导出输出电压; 求解结果叠加原理求解步骤：a .求解R、2R、丁二的内阻匚b .分别求出2R、4R、：匸并联的电阻值 r ;分别求出R、4R、二并联的电阻值；分别求出R、2R、8R、匸二并联的电阻值 ：；分别求出2R、4R、8R、丁二并联的电阻值宀； 之后，、与R （或2R、或4R、或、）并联;c .求解：，尸为的分压值;2aE =兀（必旷1十血十A十血2-1）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R L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。

5、空载输出型1：:如果，：，即输出端开路，此时的输出电压 为：补充图9-1 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I用负基准源，则可获得正极性输出。权网的优、缺点优点：线路简单、直观；电阻数量少，每位一个电阻，对应一个电压开关；缺点：阻值种类多，n位就是n种； 阻值差距极大，最小，最大 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。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

6、电路结构图9-7 T 形R-2R电阻网络D/A转换电路 电阻网； 模拟开关； 读出电路； 基准源V R 。I/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。 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。 公式推导：方法：用叠加原理求解。'、'与数字量的关系如下：（注：二指当丄时，；=时，：一） 读出电路（思考：为什么用此电路？）：式中：丿一一反馈电阻；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 9-8 2 3 R 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分类：双极型和CMOS型 双极型：转换速