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电阻网络型数模转换器(DAC)内部结构原理解析

数模转换器也就是我们所谓的DAC(Digital-Analog—Convert)它的作用是一组数字量转化成一个模拟量。

我们在设计产品的过程中能使用到这种器件,那么本期我们来介绍两种电阻网络型的DAC器件的内部原理。
由于是数模转换器,DAC最重要的是实现 如何 将一组101010……数字信号转化成一个具体的电压值,这里就引入了 权重 的概念。
根据一组数字信号的高低位决定了转化为模拟量高低的情况。

这是一个 ** 经典权电阻网络DAC ** 结构。由于虚短特性,放大器的反向输入端的电压约为0V,我们分析各路电流。

可以看到,输出电压V由开关S1-S4决定,并且各个开关所决定的权重并不一样,其中S4的权重最高。
这种权电阻网络是最简单的电阻网络,其结构简单,实现简单,但是有一个非常大的缺点,就是电阻的取值各不相同,分别是0.5R,R,2R……这苛刻的取值对实现这种电阻网络的DAC来说是一个很大的缺点,因此在这种结构的DAC上,衍生出了倒T型电阻网络DAC。

倒T型电阻网络在传统电阻网络的基础上做了优化,虽然多了电阻的个数,但是发现电阻的取值只有R和2R,这样子非常利于在实际制作时器件的选用。

可以看到,这里我们通过开关决定电流流向电流流经方向是流向输出端还是流向了地,我们分析一下各级的电流大小。

可以看到,每一级的电流大小都是上一级的一半,由于同相输入端和反相输入端的虚短,因此可以认为导通到地。

所以无论开关别向哪一边,每一级的电路模型都可以如此等效,其中R10和R6的并联阻值为1K,和R11的串联阻值为2K,之后又和下一级网络构成小网络,因此分向每一级的电流都是上一级过来的一半。

这两种电阻网络被广泛的应用在DAC器件中,当然DAC器件的内部结构也有许多其他的方式还有例如权电流型,开关树形等等,感兴趣的朋友可以自行去了解一下。

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