詳解電阻串DAC架構原理
發布時間:2018-07-30 責任編輯:lina
【導讀】電阻串 DAC 有時被稱為 Kelvin 分壓器或 Kelvin-Varley 分壓器(以其發明者命名),是用於 DAC 設計最直接的方法之一。最簡單的電阻串 DAC 隻是一係列相同尺寸的電阻器和每個電阻器之間的接點。
電阻串 DAC 有時被稱為 Kelvin 分壓器或 Kelvin-Varley 分壓器(以其發明者命名),是用於 DAC 設計最直接的方法之一。最簡單的電阻串 DAC 隻是一係列相同尺寸的電阻器和每個電阻器之間的接點。適當的接點可根據應用於 DAC 的數字代碼切換至輸出緩衝器。這種有限開關活動可產生極低的幹擾能量。在理想情況下,每個電阻器都會針對等於 1 LSB 的參考電壓產生壓降。下圖是該架構的簡單說明。

隨著電阻串 DAC 中分辨率的提高,設計所需的電阻器數量也在呈指數級增長。一個 n 位電阻串 DAC 需要 2n 個電阻器,因此高分辨率電阻串 DAC 通常需要大型 IC 封裝。這就意味著 16 位 DAC 需要 65,536 個電阻器,18 位需要 262,144 個,而 20 位則需要 1,048,576 個電阻器!jilianfenduanjishuyoushikeyonglaijianshaosuoxudedianzuqishuliang,danduiyuwomendeyongtueryan,womenjiangbukaolvfenduanjishu,yinweijishishishilefenduan,jiagouqushizaiyingyongcengmianyegengqingxiangyushiyong。
meigedianzuqizhidejingquedukezhijiejuedingxianxingdu。ruguodianzuchuanzhongrenheyigedianzuqidezhibuheshi,womenjiuhuizaidaimazhuanhuanshifaxianxiangduiyugaidianzuqidebuliangweifenfeixianxingdu (DNL)。此外,所有後續代碼的積分非線性度 (INL) 也會因為不匹配而產生失調。由於典型電阻串 DAC 設計中的電阻器數量龐大,我們不可能對每個電阻器都進行調整,因此隻能接受一定程度上的 DNL 誤差。然而,仍然必須維持良好的 INL 性能,因此可經常對各組電阻器實施區域化調整,以避免調整每個電阻器,其在以下 INL 圖中呈“階梯”狀。

電阻串 DAC 的一個額外優勢是:從參考輸入看,除了在瞬間代碼轉換階段外,輸入阻抗都可保持恒定。其它數據轉換器架構(尤其是 SAR ADC)具有動態加載條件,需要一個參考緩衝器,而電阻串 DAC 就沒這個必要。然而一般來說,應該對任何參考進行緩衝,尤其是在輸入/輸出隨高頻率變化時。還需要重點關注的是參考等效輸入阻抗通常都非常高,可使大多數電阻串 DAC 具有極高的電源效率。
電阻串 DAC 設計最終、最(zui)微(wei)妙(miao)的(de)元(yuan)件(jian)是(shi)位(wei)於(yu)串(chuan)電(dian)阻(zu)器(qi)及(ji)接(jie)點(dian)之(zhi)前(qian)的(de)分(fen)壓(ya)器(qi)。該(gai)電(dian)阻(zu)器(qi)電(dian)阻(zu)等(deng)於(yu)串(chuan)中(zhong)其(qi)餘(yu)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang),能(neng)有(you)效(xiao)將(jiang)參(can)考(kao)輸(shu)入(ru)減(jian)半(ban)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)的(de)目(mu)的(de)是(shi)降(jiang)低(di)輸(shu)出(chu)緩(huan)衝(chong)器(qi)的(de)共(gong)模(mo)輸(shu)入(ru)要(yao)求(qiu),並(bing)在(zai)實(shi)現(xian)良(liang)好(hao)性(xing)能(neng)的(de)同(tong)時(shi)幫(bang)助(zhu)保(bao)持(chi)低(di)成(cheng)本(ben)。為(wei)了(le)對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang),輸(shu)出(chu)緩(huan)衝(chong)器(qi)一(yi)般(ban)采(cai)取(qu) 2 倍的非反相增益,盡管有時反饋電阻器通過數字控製實現不同增益。
電阻串 DAC 需要記住的幾個特性:
·簡化設計,實現低成本;
·低幹擾能量;
·固有的單調性;
·低功耗。
電阻串 DAC 通常可在便攜式電池供電應用中找到用武之地,充分發揮其低功耗優勢。此外,電阻串 DAC 還適用於可充分利用其固有單調特性的閉環控製係統等應用,以及各種低成本應用,在該應用中 DAC 隻為係統提供一些校準特性,而不會像我們在其它 DAC 應用中可能看到的那樣,擔任“主角”。
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