數(shù)模轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成了解嗎？乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器計(jì)算示例

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一、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成

DAC主要由數(shù)字寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)、位權(quán)網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源（或恒流源）組成。用存于數(shù)字寄存器的數(shù)字量的各位數(shù)碼，分別控制對(duì)應(yīng)位的模擬電子開(kāi)關(guān)，使數(shù)碼為1的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其位權(quán)成正比的電流值，再由運(yùn)算放大器對(duì)各電流值求和，并轉(zhuǎn)換成電壓值。

根據(jù)位權(quán)網(wǎng)絡(luò)的不同，可以構(gòu)成不同類型的DAC，如權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和單值電流型網(wǎng)絡(luò)DAC等。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓VREF，以及模擬電子開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和各權(quán)電阻值的精度。它的缺點(diǎn)是各權(quán)電阻的阻值都不相同，位數(shù)多時(shí)，其阻值相差甚遠(yuǎn)，這給保證精度帶來(lái)很大困難，特別是對(duì)于集成電路的制作很不利，因此在集成的DAC中很少單獨(dú)使用該電路。

它由若干個(gè)相同的R、2R網(wǎng)絡(luò)節(jié)組成，每節(jié)對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入位。節(jié)與節(jié)之間串接成倒T形網(wǎng)絡(luò)。R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC是工作速度較快、應(yīng)用較多的一種。和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)比較，由于它只有R、2R兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻阻值多，且阻值差別大的缺點(diǎn)。

電流型DAC則是將恒流源切換到電阻網(wǎng)絡(luò)中，恒流源內(nèi)阻極大，相當(dāng)于開(kāi)路，所以連同電子開(kāi)關(guān)在內(nèi)，對(duì)它的轉(zhuǎn)換精度影響都比較小，又因電子開(kāi)關(guān)大多采用非飽和型的ECL開(kāi)關(guān)電路，使這種DAC可以實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度較高。

二、乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用及其計(jì)算

（一）應(yīng)用

通過(guò)相應(yīng)的接線，模塊可以輸出相對(duì)于基準(zhǔn)放大、阻尼或反相的信號(hào)。這產(chǎn)生了波形發(fā)生器、可編程濾波器和PGA（可編程增益放大器）領(lǐng)域的應(yīng)用，以及許多其他必須調(diào)整失調(diào)或增益的應(yīng)用。

圖1.具有可變?cè)鲆?（PGA） 的電路

圖1所示為AD5453 14位MDAC，帶有下游放大器，可根據(jù)DAC的編程代碼放大或減弱信號(hào)。

（二）電路計(jì)算

輸出電壓（V外） 的電路計(jì)算如下：

輸出電壓受運(yùn)算放大器電源電壓的影響或限制，但增益和DAC的設(shè)定代碼D除外。在本例中，ADA4637-1放大器采用±15 V電源供電，最大電壓應(yīng)為±12 V，以使其具有足夠大的控制范圍。增益通過(guò)電阻R確定2和 R3:

所有電阻器 （R1到 R3）應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)（TCR），但不必與DAC內(nèi)部電阻的TCR相同。電阻R1用于根據(jù)以下關(guān)系將DAC中的內(nèi)部電阻（RFB）調(diào)整為電阻R2和R3：

選擇電阻時(shí)，運(yùn)算放大器在最大輸入電壓下仍處于其工作范圍內(nèi)（DAC在V時(shí)可處理±10 V電壓）裁判).還應(yīng)該注意的是，放大器的輸入偏置電流（I偏見(jiàn)） 乘以電阻 （RFB+ R2 ‖·3），并且這對(duì)失調(diào)電壓有相當(dāng)大的影響。因此，根據(jù)所選數(shù)據(jù)手冊(cè)，ADA4637-1運(yùn)算放大器具有非常低的輸入偏置電流和非常低的輸入失調(diào)電壓。為了防止閉環(huán)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性或所謂的振鈴，在I之間插入了4.7 pF電容。外和 RFB;這尤其推薦用于快速放大器。

如前所述，放大器的失調(diào)電壓乘以閉環(huán)增益。當(dāng)增益由外部電阻設(shè)置時(shí)，變化幅度為與數(shù)字階躍相對(duì)應(yīng)的值，該值與所需值相加，從而產(chǎn)生差分非線性誤差。如果它足夠大，則可能導(dǎo)致DAC的非單調(diào)行為。為了避免這種影響，必須選擇具有低失調(diào)電壓和低輸入偏置電流的放大器。

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