PDF《ADI 技术指南合集》

ADI 技术指南合集 第一版 数模转换器 目录 DAC 基本架构 I:DAC 串和温度计 ( 完全解码 )DAC.

1 DAC 基本架构 II:二进制 DAC

7 DAC 基本架构 III:分段 DAC

17 DAC 接口基本原理

23 数字电位计.37 有意为之的非线性 DAC

47 评估高速 DAC 性能.51 过采样插值 DAC.67

1 作者:Walt Kester DAC基本架构I:DAC串和温度计(完全解码)DAC 指南 MT-014 VREF OUTPUT Rev.A, 10/08, WK Page

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6 简介 与其将DAC视为具有数字输入和模拟输出的黑匣子,不如了解当今所用的DAC基本架 构,这样将更有利于应用,而且能简化选型过程,否则考虑到市场上数不胜数的DAC,产 品选型可能非常棘手. 本指南讨论最基本的DAC架构: 串 DAC和 温度计 DAC.串DAC的起源与开尔文爵士有 关,他于19世纪中叶发明了开尔文分压器.串DAC在当今颇受欢迎,特别是在典型分辨率 为6到8位的数字电位计等应用中.温度计DAC则相对独立于代码相关的开关毛刺,因而是 低失真分段DAC和流水线式ADC的常用构建模块. 开关:简单的1位DAC 把一个转换开关(单刀双掷SPDT开关)看作1位DAC是合理的,如图1所示,该开关在基准电 压与地之间或相等的正负基准电压之间切换输出.这种简单的器件是许多复杂DAC结构的 组成元件,在过采样应用中,它用作我们后面将会讨论到的许多Σ-Δ型DAC的基本模拟元 件.简单的开关也很容易利用标准CMOS工艺实现.不过,它实在是过于简单,不需要进 行详细讨论,考虑更为复杂的结构将更有意义. 开尔文分压器(串DAC) 除了上述转换开关之外,最简单的DAC结构就是图2所示的开尔文分压器或串DAC.这种 DAC的N位版本由2N 个等值串联电阻和2N 个开关(通常为CMOS)组成,该信号链的每个节点 图1:1位DAC:转换开关(单刀双掷SPDT)

2 MT-014 3-TO-8 DECODER 3-BIT DIGITAL INPUT ANALOG OUTPUT VREF CIRCA

1920 SWITCHES WERE RELAYS OR VACUUM TUBES

8 TO SWITCHES R R R R R R R R Page

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6 与输出端之间都有一个开关.输出通过闭合其中的一个开关而从适当的抽头获得(对于N位 数据,将2N 个开关解码为1涉及到略微复杂的数字技术,但数字电路很便宜).这种DAC的 起源可以追溯到开尔文爵士于19世纪中叶的发明,它首先是用电阻和继电器实现,继而在 1920年代用真空管实现(参见参考文献

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2、3). 这种架构非常简单,具有一个电压输出(但输出阻抗与代码相关),本身具单调性,即使电 阻意外短路,输出n也不会大于输出n + 1.如果所有电阻的阻值相等,则它是线性的,但 如果需要非线性DAC,也可以故意把它设计成非线性的.在一次跃迁期间仅有两个开关工 作,因此它是一种低毛刺架构.此外,开关毛刺与代码无关,因而它非常适合低失真应 用.无论代码如何跃迁,毛刺都是相对恒定的,因此毛刺的频率成分位于DAC更新速率及 其谐波处,而不是位于DAC基波输出频率的谐波处.串DAC的主要缺点是需要大量电阻 和开关才能实现高分辨率,因此它不是常用的简单DAC架构,直到最近极小尺寸IC特性问 世,才使得低中分辨率的DAC切实可行.如今,该架构已广泛用于简单DAC中,如数字 电位计等.在后文中我们将会看到,其电流输出版本――温度计DAC也用作更复杂的高分 辨率分段DAC结构中的元件. 对于全1代码,DAC的输出比基准电压低1 LSB,因此打算用作通用DAC的串DAC在基准电 压引脚与第一个开关之间有一个电阻,如图2所示. 图2:最简单的电压输出温度计DAC: 开尔文分压器( 串DAC )