R-2R 数模转换器

出处:维库电子市场网时间:2024-03-20
  R-2R 数模转换器是一种数据转换器,它使用两个精密电阻将数字二进制数转换为与数字值成比例的模拟输出信号。与 R-2R DAC 不同,二进制加权数模转换器产生的模拟输出电压是各个输入的加权和。因此,该设计的梯形网络需要各种精密电阻,这使得它既昂贵又不适合大多数需要较低分辨率水平的 DAC。鉴于二进制加权 DAC 是建立在基于求和放大器拓扑的闭环反相运算放大器的基础上的,这种数据转换器设计将适用于具有几位分辨率的 D/A 转换器。然而,使用 R-2R 电阻梯形网络构建 R-2R 数模转换器是一种简单得多的方法,只需要两个的电阻。R-2R 电阻梯网络中仅使用两个电阻值。无论使用多少位来创建梯形网络,个电阻器的基值“R”,第二个电阻器的值是个电阻器的两倍,即“2R”。例如,由于基极电阻“R”并不是特别重要,因此我们可以只使用传统的 1kΩ 电阻,而“2R”(或其倍数)则使用 2kΩ 电阻。因此,2R 的电阻值始终是基极电阻 R 的两倍。换句话说,2R = 2*R。这表明,与之前的加权电阻 DAC 相比,我们可以更简单地保持梯形网络中电阻的必要精度。然而,“R-2R电阻梯形网络”到底是什么?
  R-2R 电阻梯网络
  顾名思义,“梯子”描述符源自网络中采用的以梯子方式排列的电阻器。将数字电压信号转换为等效模拟输出的一种直接方法是使用 R-2R 电阻梯形网络。梯形网络沿其长度的不同位置接收输入电压;输入点越多,R-2R梯形图的分辨率越高。从所有这些输入电压点获得的输出信号是从梯形末端获得的,并用于为运算放大器的反相输入供电。因此,R-2R 电阻梯形网络的输出电压仅取决于输入电压之间的相互作用。它本质上只是一长串并联和串联的电阻器,沿其长度充当互连的分压器。检查以下简单的 4 位 R-2R 梯形网络(由于有四个输入位置,所以为 4 位)。  4 位 R-2R 电阻梯网络

  图 1:4 位 R-2R 电阻梯网络  尽管这个 4 位电阻梯形电路可能看起来很复杂,但它只涉及以串联和并联配置连接电阻器,并应用基本电路规则通过反向工作到输入源来确定输出的比例值。假设所有二进制输入V A =V B =V C =V D =0V 即接地。因此,0000就是这四个输入对应的二进制代码。从左侧开始,应用两个并联和串联电阻的简洁公式,我们可以得到梯形网络的等效电阻如下:

  图2:计算梯形网络的等效电阻  电阻器R 1和R 2彼此“并联”,但与电阻器R 3 “串联” 。即可求出这三个电阻的等效电阻;为了便于使用,我们将其称为 R A。在这种情况下,“2R =R A相等。现在很清楚,表示为“R A ”的等效电阻与 R 4并联并与 R 5串联。

  图 3:计算梯形网络的等效电阻  我们可以再次确定该组合的等效电阻并将其称为 R B。因此,等效电阻 R C为:再,电阻器组合R C等于“2R”,如图所示,其与R 8并联。

  图 4:计算梯形网络的等效电阻
  正如我们已经看到的,两个具有相同值的电阻并联的结果是 1/2,因此 2R 与 2R 并联等于 R 的等效电阻。因此,当二进制代码“0000”应用于其四个输入时,整个 4 位 R-2R 电阻梯形网络由并联和串联组合的各个电阻组成,其等效电阻 (R Eq ) 为“R”。
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