电压模式R-2R DAC的工作原理和特性

2023-12-25 TOPPOWER官网
TOPPOWER TOPPOWER TOPPOWER TOPPOWER

在本文中,我们将探索什么是R-2R DAC以及如何实现它们。


首先,我们将简要回顾一下开尔文分频器 DAC。这种结构很简单,但需要大量电阻和开关来实现高分辨率 DAC。此问题的一种解决方案是称为 R-2R DAC 的 DAC 结构。这些结构巧妙地利用梯形网络来实现具有更少电阻的 DAC。


什么是 DAC?

数模转换器 (DAC) 接收以数字代码表示的数据并产生等效的模拟输出(参见下图 1)。值得一提的是,除了数字输入之外,DAC 还需要模拟参考电压或电流才能运行。该参考可以在 DAC 芯片内部生成或从外部提供。

上述理想传递函数对应于三位单极性 DAC。请注意,DAC 输入和输出都是量化值,传递函数实际上由八个点组成(而不是一条穿过这八个点的线)。此外,模拟输出(输入代码全为 1 时的输出)比满量程 (FS) 值低。


串式 DAC(开尔文分压器)简介:2 n电阻器的问题

产生图 1 传递函数的基本结构如下图 2 所示。这种结构称为串 DAC 或开尔文分压器,使用八个相等的串联电阻来产生三位 DAC 的八个不同电压电平。例如,要产生等于 V REF /4 的模拟输出,我们只需打开开关 sw 4即可。

输出缓冲器用于防止电阻串受到 DAC 输出节点 V DAC的任何负载影响。

开尔文分压器的一个主要缺点是 n 位 DAC 需要 2 n 个电阻器和开关。这就是为什么使用这种方法构建高分辨率 DAC 并不容易(尽管可以将开尔文分频器与其他技术结合起来构建更复杂的 DAC)。


然而,有一种有趣的方法,它使用梯形网络来显着减少电阻器的数量。这些结构称为 R-2R DAC,将在下一节中讨论。


分析 R-2R DAC 电路

图 3 显示了基本的四位 R-2R 电压模式 DAC。数字代码应应用于输入 D3...D0,其中 D3 是有效位 (MSb),D0 是有效位(LSb)。请参阅 Robert Keim 之前的文章,了解有关/有效位/字节和字节序的更多信息。

正如您所看到的,梯形网络中有两个不同的电阻值(R 和 2R)。

R-2R DAC 电阻

 一些观察可以使电路的分析变得更简单:

 查看每个 R 电阻器的左侧,我们总是会看到 R 的等效电阻器。如图 4 中的蓝色箭头所示。

考虑到之前的观察,我们知道从 R 电阻器的右端子看,我们总是会看到等效电阻器 2R(图 4 中的红色箭头)。

请注意,为了计算等效电阻,施加到 D3...D0 的电压源对地短路。

电路操作

现在让我们检查一下电路的工作情况。假设D0连接到V REF并且其他位为逻辑低;我们得到图5中的电路。

应用戴维南定理,我们可以对虚线左侧的电路进行建模,如图 6 所示。

戴维南等效电压为 VREF 除以 2,戴维南等效电阻等于 R。

现在,我们使用该等效电路并得到图 7 中的电路。

使用戴维宁方程简化 R-2R DAC 电路

如果我们考虑图 7 中虚线左侧的电路,我们会观察到重复的模式。有两个2R电阻和一个电压源。这部分电路的戴维宁等效值如图 8 所示。

因此,V REF再次减小两倍,等效电阻仍然为 R。如果我们将此模型连接到电路的其余部分,之前的模式将再次出现。如图 9 所示。

考虑到我们之前的简化,我们可以轻松找到虚线左侧电路的戴维宁等效值。戴维南电压将为V REF /8,戴维南电阻器将为2R。插入戴维宁等价物,我们得到图 10。

考虑到运算放大器反相输入端的虚拟地,我们可以看到,没有电流会流过通向接地 D3 输入的电阻,因此电流 (V REF /8)/2R 将流过反馈电阻(R F)。假设 R F = 2R,输出电压将为 VDAC = -2R ? (V REF /8)/2R = -V REF /8。该输出电压对应于 DAC LSB。


现在,我们来看看其他数字输入组合。假设 D1 连接到 V REF并且其他位为逻辑低。考虑到我们的次观察,我们可以对电路进行建模,如图 11 所示。

应用戴维南定理,我们得到以下示意图。

这与图 9 相同,只是输入是 V REF /2 而不是 V REF /4。考虑 D 3 D 2 D 1 D 0 = 0001情况的结果,如果 RF = 2R,我们获得 V DAC = -V REF /4。

如果 D 2连接到 V REF并且其他三位为逻辑低电平,我们得到图 13 中的模型。

应用戴维南定理,我们得到图 14 中的电路。

考虑到运算放大器反相输入端的虚拟地,电流 (V REF /2)/2R 应流过反馈电阻。因此,我们有:V DAC = -V REF/2。

为了检查 MSB,我们假设 D3 连接到 V REF(逻辑高),其他三位连接到地(逻辑低)。在这种情况下,我们得到图 15 中的模型。

因此,输出电压将为 V DAC = -(V REF /2R)?2R = -V REF。

电压模式 R-2R DAC 的一些重要特性


R-2R 梯形网络中的电阻连接永远不会被开关断开(如开尔文分压器中那样)。该设计使得无论 DAC 应用何种数字代码,运算放大器的反相端子始终具有恒定的等效电阻。换句话说,梯形网络的输出阻抗是恒定的。这使得放大器或单位增益缓冲器的稳定变得更加容易。


然而,参考电压源从梯形网络观察到变化的负载阻抗。因此,参考发生器应该能够针对宽范围的负载电阻产生的电压。


如果与理想元件值存在相对较大的偏差,R-2R DAC 的输入到输出响应可能是非单调的。单调 DAC 响应要么完全不增加,要么完全不减少。例如,开尔文分频器的输入输出特性是单调的。如果我们增加输入数字代码,输出模拟电压将增加或(在坏的情况下)保持其值;它不会减少。因此,组件不匹配不会导致非单调响应。


R-2R DAC 的情况并非如此。根据图 4 的结构,模拟输出应随着输入代码的增加而减少。然而,假设由于电阻值不匹配,对应于MSB的输出电压阶跃为-3?V REF /4,而不是理想值-V REF。如果输入代码从 0111 变为 1000,输出将从 -V REF /2 - V REF /4 - V REF /8 = -7?V REF /8 变为 -3?V REF /4。


因此,如果不匹配,输入代码的增加会导致模拟输出电压的增加,因此输入到输出响应可能是非单调的!请注意,某些应用需要在闭环系统中使用 DAC。在这些情况下,非单调 DAC 响应可以将负反馈变为正反馈。这就是为什么单调性可能很重要,具体取决于应用程序。


授权代理商:世强先进(深圳)科技股份有限公司
技术资料,数据手册,3D模型库,原理图,PCB封装文件,选型指南来源平台:世强硬创平台www.sekorm.com
现货商城,价格查询,交期查询,订货,现货采购,在线购买,样品申请渠道:世强硬创平台电子商城www.sekorm.com/supply/
概念,方案,设计,选型,BOM优化,FAE技术支持,样品,加工定制,测试,量产供应服务提供:世强硬创平台www.sekorm.com
集成电路,电子元件,电子材料,电气自动化,电机,仪器全品类供应:世强硬创平台www.sekorm.com
  • +1 赞 0
  • 收藏
  • 评论 0

本文由咪猫转载自TOPPOWER官网,原文标题为:电压模式 R-2R DAC 的工作原理和特性,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

评论

   |   

提交评论

全部评论(0

暂无评论

相关推荐

简析接近式传感器的接线

一般接近式传感器有两线、三线之分,三线制的有PNP、NPN两种接法,分别对应相应的PLC输入点,比如源型和漏型的输入点。接线时可以根据线的颜色进行区分,棕色或者红色接电源正极,蓝色接电源负极。本文中TOPPOWER来给大家介绍接近式传感器的接线,希望对各位工程师有所帮助。

技术探讨    发布时间 : 2024-10-03

变压器容量计算公式详解

变压器容量的计算公式根据变压器的类型(单相或三相)有所不同。在实际应用中,需要根据变压器铭牌上的数据来计算其容量,并考虑变压器的效率以确定其实际负载能力。通过合理的容量计算,可以确保变压器在电力系统中的稳定运行,并避免过载或欠载等问题的发生。

技术探讨    发布时间 : 2024-07-02

详解对射式光电开关的应用

本文TOPPOWER详细介绍了对射式光电开关的应用,包括光电开关在生产线上物位测量的应用、热释电红外传感器在智能空调中的应用等。

技术探讨    发布时间 : 2024-10-03

研讨会2024模拟电源信号链新技术研讨会

描述- 11月7日直播,带来电源管理革新、汽车电子智能化、可再生能源与储能、光通讯与光模块、医疗健康与个人护理等领域电源信号链新产品新技术,点击了解报名。

议题- 信号链:射频开关,ADC,DAC,运放,比较器,数模混合IC,温度传感器  |  电源管理:锂电管理,氮化镓驱动,马达驱动,高低边驱动,DC-DC,AC-DC,电压基准源  |  汽车:车身电子,HUD,激光雷达,智能座舱,OBC,充电桩,T-BOX,氛围灯,车载摄像头,倒车雷达,热管理,BMS  |  光通讯,光模块,交换机(POE),AFE,个人护理,医疗健康  |  可再生能源:光伏储能(模拟ADC产品)  |  工业:机器人,变频伺服  |  电力:数字电源,电动工具,安防监控  |  SG Micro Corp(圣邦微电子)——十大中国IC设计公司之一,模拟集成电路领导者  |  模拟与嵌入式产品和解决方案供应商——思瑞浦(3PEAK)  |  以模拟技术为优势的电子器件和微波产品,为客户提供最佳的模拟解决方案——Nisshinbo (日清纺)  |  国产首款40V、5A 、AEC 、Q100车规级低能耗高可靠电源降压芯片生产商——芯洲科技(SCT)  |  高性能模拟和数模混合半导体供应商——JW JOULWATT(杰华特)  |  全球首家Force Touch SoC芯片供应商——芯海科技(CHIPSEA)  |  全球电子成就奖●年度微控制器/接口产品奖获得者——国民技术(Nations)  |  专业的高性能模拟器件及数模混合芯片解决方案供应商——拓尔微电子(TOLL)  |  专注于高性能、高品质模拟/混合信号的芯片设计公司:润石科技(Runic)  |  专注于高性能模拟及混合信号芯片设计——领慧立芯(legendsemi)  |  致力打造世界一流高端模拟芯片方案供应商——治精微(ZJW)  |  高端模拟及数模混合芯片和解决方案供应商——类比半导体(AnalogySemi)  |  高性能全范围模拟信号链(放大器/ADC/DAC/基准/电源)芯片供应商——士模(CIMO)  |  致力于向客户提供多品类、全系列电源管理芯片产品及解决方案供应商——ETA SEMICONDUCTOR(钰泰半导体)  |  专注BMS,电源及可编程模拟芯片的知名半导体厂商——芯祥科技(EnergyMath)  |  专注研发小型化、高可靠电源,为客户提供完整可靠的电源解决方案——ZOEYGO(中逸光)  |  专业从事电源产品的研发、生产、销售及综合解决方案的模块电源生产厂家——TOPPOWER(顶源科技)  |  模拟芯片领先设计商——微源半导体(LPSemi)  |  领先的高密度神经刺激芯片和生物传感芯片供应商——Nanochap(暖芯迦)  |  专注于高性能信号链集成电路产品研发——芯聚威(Silicoway)  | 

活动    发布时间 : 2024-06-28

TOPPOWER(顶源科技)电源模块/开关电源选型指南

描述- 广州顶源电子科技股份有限公司,专业从事电源产品的研发,生产、销售及综合解决方案的国家高新技术企业。公司通过了 IATF16949 汽车认证及 ISO9001:2015 质量管理体系认证。拥有专家级研发团队,已申请获得几十项国家专利,公司拥有全自动生产线,先进的检测设备,确保产品一致性和稳定性。

型号- TP50DC,TPK-SAR,TPC/PWF-150-XS,TPI-2W,TP15AT,TKA-W25,TPV-W25,TP15AS,TPR/DG-30-XS,TPR/SDR-240-XS,TP03AA,TP35DC,TP15ACS,TPC/PS-60-XS,TPR/DG-15-XS,TPET,TP30ACS,TP50DG,TPR/NDR-U75-XS,TP78XX-0.5,TP15AC,TP30AT,TP30AU,TPVT,TP15AL,TPK-3W,TP03AR,TP10AC,TPVT-2W,TP2L-3W,TP03AZ,TPC/GKF-320-XS,TPE2,TP10ACS,TPE1,TPV1,TPV-SAR,TP03AC,TPD-W25,TP03AD,TPC/PDF-1200-XS,TPR/NDR-U120-XS,TPV2,TP03AL,TPET-2W,TPC/PWF-100-XS,TPB,TPC/LPD-100-XS,TPD,TPG,TPR-W25,TPF,TPI,TPH,TPK,TP2L-2W,TPJ,TPAT-W2,TPL,TKE-W25,TPAT-W5,TP06DB,TPS,TP06DE,TP25DG,TPT,TPC/LR-150-XS,TP50AU,TPR/SDR-360-XS,TP05DB,TP05DA,TP20DC,TP78XX-2,TP20DB,TP2L-1W,TP20DD,TP78XX-1,TPR-W5,TPV2-W5,TPR/SDR-120-XS,TPH-3W,TPC/PDF-800-XS,TP78LXX-1,TPAT,TP20AC,TPAT-2W,TP10DB,TP10DA,TP10DC,TP20ACS,TP20ACL,TPG-3W,TPC/LR-200-XS,TP05ACS,TPET-W2,TP40DC,TPET-W5,TP01AZ,TPJ-2W,TKE-W5,TP05AS,TP05AR,TPA2,TP06DA,TP12AC,TPC/PDF-600-XS,TKA,TPA1,TP50AE,TP40DG,TPR/NDR-U240-XS,TKE,TP05AZ,TP05AD,TP05AF,TPC/LR-350-XS,TP05AC,TP20AT,TP05AL,TP20AU,TPD-W5,TPC/GKF-200-XS,TPVT-W5,TPL-3W,TPC/PD-25-XS,TPC/LR-50-XS,TP30DB,TPR/SDR-75-XS,TPLE-W5,TP2L-6W,TP15DC,TP30DG,TP15DB,TPLE-W1,TPC/NE-350-XS,TP30DC,TP50DH-300DH,TPLE,TPC/LR-35-XS,TPD-2W,TP08DA,TP10AG,TP10AF,TPV1-W5,TP10AS,TPR/SDR-480-XS,TP50DH-300,TP10AT,TP78LXX-1.5,TPVT-W2,TP02AZ,TP25AU,TP03DB,TP03DA,TPA-W25,TPV-W1,TPB-1W,TP06AC,TP15DD,TPD-3W,TPR-1W,TP30-60AH,TP40AU,TPC/PS-35-XS

选型指南  -  TOPPOWER  - 2023/8/4 PDF 中文 下载

中高端电源模块厂商顶源科技(TOPPOWER)授权世强硬创代理

根据协议,DC-DC电源模块、AC-DC电源模块、AC-DC开关电源、DC/DC隔离定电压输入电源、DC/DC隔离宽电压输入电源、DC/DC非隔离电源等全线产品上线世强硬创平台,丰富了平台的产品及产品信息,满足不同科技企业需求。

签约新闻    发布时间 : 2023-10-13

直流电源:接地还是不接地?

是否应将直流电源接地?答案并不是简单的“是”或“否”。本文探讨了直流电源接地的优点和缺点。直流电源是任何控制系统中常见的、几乎肯定会用到的组件。直流电源系统经常讨论的一个问题是将输出连接到连接工业机器的接地系统。这种接地连接是必需的吗?如果不需要,建立这种连接是好主意还是坏主意?控制柜内安装的大多数直流电源输出常见的 24 伏电压。

设计经验    发布时间 : 2024-07-11

TOPPOWER(顶源科技)DC-DC电源模块选型表

TOPPOWER(顶源科技)DC-DC电源模块,输入电压范围3.3V~264V,输出电压范围为±3.3V~43V,功率范围为0.1W~50W,隔离电压范围为1.5KV~6KV

产品型号
品类
输入电压(V)
输出电压(V)
功率(W)
隔离电压(kv)
封装形式
TP06DA05D15
DC-DC电源模块
4.5V-9V
±15V
6W
1.5kv
DIP

选型表  -  TOPPOWER 立即选型

分享电容器教程要点

电容器简单的结构是使用两个平行导电金属板,它们之间用绝缘材料隔开一段距离。这种绝缘材料称为“电介质”。电介质在电容器的电气操作中起着重要作用,对于电容器教程,本文中TOPPOWER总结部分要点供各位工程师参考。

原厂动态    发布时间 : 2024-10-02

详解继电保护的原理和分类

继电保护(Relay Protection)是电力系统中保护设备和电气设备的一种重要保护措施,其主要作用是在电力系统发生故障时,快速检测并隔离故障,以保护设备和维持系统的稳定运行。本文TOPPOWER详细解释了继电保护的原理和分类。

技术探讨    发布时间 : 2024-07-11

分享运算放大器知识点总结

本文中TOPPOWER来给大家分享运算放大器相关知识点总结,希望对各位工程师有所帮助。

技术探讨    发布时间 : 2024-10-01

TOPPOWER(顶源科技)DC-DC非隔离电源模块选型表

TOPPOWER(顶源科技)DC-DC非隔离电源模块,输入电压范围4.75V~32V,输出电压范围为1.5V~15V,封装形式皆为SIP

产品型号
品类
输入电压(V)
输出电压(V)
封装形式
TP7812-2L
DC-DC非隔离模块
16V-30V
12V
SIP

选型表  -  TOPPOWER 立即选型

无刷直流电机(BLDC)构成、应用领域及工作原理详解

无刷直流电机(BLDC)是一种电动机,本文TOPPOWER详细介绍了其结构、应用领域和工作原理。

设计经验    发布时间 : 2024-06-11

永磁电机和普通电机的优缺点解析

​本文TOPPOWER来为大家介绍永磁电机和普通电机的优缺点,希望对各位工程师朋友有所帮助。

技术探讨    发布时间 : 2024-09-30

展开更多

电子商城

查看更多

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:TOPPOWER

品类:DC-DC电源模块

价格:¥22.4625

现货: 100

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

现货市场

查看更多

暂无此商品

海量正品紧缺物料,超低价格,限量库存搜索料号

查看更多

授权代理品牌:接插件及结构件

查看更多

授权代理品牌:部件、组件及配件

查看更多

授权代理品牌:电源及模块

查看更多

授权代理品牌:电子材料

查看更多

授权代理品牌:仪器仪表及测试配组件

查看更多

授权代理品牌:电工工具及材料

查看更多

授权代理品牌:机械电子元件

查看更多

授权代理品牌:加工与定制

世强和原厂的技术专家将在一个工作日内解答,帮助您快速完成研发及采购。
我要提问

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

研发客服
商务客服
服务热线

联系我们

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

投诉与建议

E-mail:claim@sekorm.com

商务合作

E-mail:contact@sekorm.com

收藏
收藏当前页面