一文了解DAC.docx

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1、什么是D/A转换器？1. D/A转换器D/A转换器(DigitaHo-AnalOgConverter,DAC)是指将数字(DigitaI)量转换为模拟(AnaIOg)量的元器件。二二 Oo OL00OLLLO二LoOL OLOL数字量相同间隔不连续的量时间上离散、量方面离散模拟量(自然界的现象)大小连续的量时间上连续、量方面离散2. A/D转换器A/D转换器(AnalOg-to-DigitalCOnVerter,ADC)与D/A转换器相反，是指将模拟量转换为数字量的元器件。A/D转换,DA转换的必要性1.lC动向电气高精度处理、高速处理在CPU、DSP中以数字方式进行信号处理。从自然界现象进行

2、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。微细加工技术的进步-信号处理的数字化与需要A/D转换器,D/A转换器输入一AzDH数字信号处理部HD/A输出!chipDigitaIZAnaIogLSI2.使用D/A转换器的产品例DigitalAudioCD,MD,1-bitAudioDigitalVideoDVD,DigitalStillCamera通信设备智能手机、FAX、ADSL设备电脑声源、显卡测量仪器可编程电源etc-D/A转换方式的种类D/A转换器有各种实现方法。1 .使用电阻的产品电阻元件是在IC上易处理的模拟设备。比精度也比较好,无需修整就可以实现高达约IO

3、bit的精度。由于选择合适的电阻值，从低速到高速，可涵盖的范围很广。2 .使用电容器的产品在一般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。为了获取更高的精度，必须要大电容，充放电时长时间加速比较困难。另外，在低频时为了补充泄漏电流，需要不断更新，所以工作变得复杂。3 .使用电流的产品这是面向高速(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。输出电流是用电阻、运算放大器来进行电流电压的变换。4 .过采样方法面向高精度(16bit)用途的变换方式。这是过滤了低分辨率和高采样率的输出，从而得到所期望的模拟信号。用“0”和叮”个值输出和低通滤

4、波器来构成的Ibit-的方法是常见的。D/A转换器的基本形式1(解码器系统)把变换后的数字值传送给电路称作解码器系统。输出【电阻分压方法DAC例】在最简单的DAC中，也有被称作电阻串。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。优点是出色的线性度，原则上，必须保证单调增加性。缺点是根据分辨率，电路规模成倍的增大。在3bit中需要8个电阻和开关,4bit中需要16个电阻和开关在IObit中需要1024个电阻和开关。【两

5、级电阻分压方法DAC例】电阻分压式DAC分成两级配置。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）。在第二级（右）中，这个电压再进一步分压，从而获得了精细的分辨率。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。缺点是增加了恶化作为DAC特点的因素。比如速度，两个放大器会延迟。输出电压的精度可能会产生两级放大器的偏移。高分辨率、低功耗运算放

6、大器匹配良好、偏移少要求高速、低噪音A5A4AjA2A1Ao解码器解码器D/A转换的基本形式2（二进制方式）通过接收数字值工作的电路系统叫做二进制方式。AiA2A3II数字v-开关矩阵-.输出1 .二进制方式使用电阻的情况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。电流值逐渐减半R-2R梯形DAC例】下图是拥有4bit分辨率的R-2R梯形DACo优点是在小面积中可容易做出分辨率为Iobit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

7、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。RF2 .二进制方式使用电容器的情况下图是为了展示使用了电容器的DAC想法的概念图。这个DAC需要在开关切换时使用。下图是使用了电容器、4bit分辨率的DAC例子。A0A3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

8、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。16CVOUtQ16C8C 4C 2Ci C i4p* *16C【用了2NC电容器的DAC（有刷新控制）例】使用了具有刷新控制的CAPA的4bit分辨率DACoC9l1c 2控制时钟变化时的出波动Vg () = 含 3)= 4% (m) k 2,j .C1=4-i2w. Ci=16C3 .二进制方式V使用电阻一电容器的情况【电阻一电容器混合型DAC例】拥有在电阻串DAC部分（左）3bit,电容器DAC部分3bit,共6bit分辨率的

9、混合型DACo上位bit的电阻间的电压根据下位数据加权插值。优点是可得到高分辨率。D/A转换器的基本形式3（温度计码方式）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（ThermOmetercode）。切换时有时间差和观察干扰温度计码是指”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）DecimalBinaryThermoiwetercode0Al2DlL21)3Dl1)5DeD701234560000010I00111001011I0111OoOoOo-*0OOooO一,OOOOc能够抗干扰

10、，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。A0BinarytothermometerconversionI1TIIIDlD?D3D4D5DeD7【温度计码V电阻模式DAC例】使用了温度计码的3bit分辨率DAC例子。当然不会产生干扰。IA0IA1IA2it5BinarytothermometerconversionIIIIIII一Dl2D3D4D5D7O0I1q1l耳耳444v丽【温度计码V电流模式DAC例】在若干单元格中拉动电流时决定了输出电压VOUt电流型DACo下图是8x8的64灰度级=6bit分辨率的例子。粉色部分增加时，从R拉动的电流增加，VoUt下降。根据温度计码的控制，在VoUt中不会产生干扰。带开关的电流源单元格行解码器上图是电流型DAC上下相反的东西。由于是共源共栅电流源，不容易受输出电压的影响，可高精度化。为了连接共源共栅，电位波动少稳定的电流源（带开关）带开关的电流源单元格