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R-2R 数模转换器

出处:维库电子市场网 发布于:2024-03-20 16:07:59 | 365 次阅读

  R-2R 数模是一种数据转换器,它使用两个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 是建立在基于求和拓扑的闭环反相的基础上的,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,只需要两个精确的电阻。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,第一个的基值“R”,第二个电阻器的值是第一个电阻器的两倍,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:再一次,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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