一種新穎的Π型雙極性D/A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計

1 通用雙極性輸出電壓D/A轉(zhuǎn)換器
    圖1是輸入為3 bit的雙極性輸出D/A轉(zhuǎn)換器[2]。在沒有接入反相器G和偏移電阻RB情況下，它的輸出電壓是單極性的，是一個普通的3 bit電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，得不到正、負(fù)極性的輸出電壓，為此在圖1中增設(shè)了由RB和VB組成的偏移電路。

    根據(jù)原碼與補碼的關(guān)系，在各放大器的輸入端接入一個偏移電流，使輸入最高位為1，而其他各位輸入為0時，輸出V_O=0。為了使輸入代碼為100時的輸出電壓等于零，只要使IB與此時IΣ的大小相等即可，故應(yīng)?。?br />  
    將輸入的符號位反相后接到D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端，就得到了雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。該電路的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)中只有R和2R兩種阻值的電阻，精度高、速度快；其缺點是網(wǎng)絡(luò)的電阻數(shù)目較多，為集成電路設(shè)計和制作帶來不便[3]。
2 一種新穎的Π型雙極性D/A電阻網(wǎng)絡(luò)單元
    在分析了普通雙極性D/A輸出單元后，本文提出了一種全新的Π型雙極性D/A電阻網(wǎng)絡(luò)單元。本電路相對簡單，又有較高精度，集成化又較容易，具有廣泛的應(yīng)用價值。
2.1 4 bit Π型電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計
    Π型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，反相端“虛地”，S₃和S₂位的電阻及S1和S0位的電阻取值相差一倍，目的是讓流過它們的電流相差一倍。關(guān)鍵是如何確定串聯(lián)電阻RS的阻值，使其符合二進(jìn)制的衰減規(guī)律。如假設(shè)R_S=mR，則當(dāng)S3S2S1S0的取值為0011時，S₃、S₂位接地，S₁、S₀位接參考電壓，流入S3、S2位的電流等于零。

    圖2的等效電路如圖3所示。則流過RS電阻的電流為：

2.2    4 bit 新穎的Π型雙極性D/A電阻轉(zhuǎn)換器
    在上述新穎的電阻網(wǎng)絡(luò)單元基礎(chǔ)上，加上偏移電阻RB，在S3位加上反相器G，就得到雙極性輸出D/A電阻轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的原理如下。
    4 bit二進(jìn)制補碼可以表示從+7～-8之間的任何整數(shù)，它們與十進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系以及希望得到的輸出模擬電壓如表1所示。

    圖4所示的電路中，如果沒有接入反相器G和偏移電阻RB，它就是一個4 bit Π型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，在這種情況下，如果把輸入的4 bit代碼看作無符號的4 bit二進(jìn)制數(shù)(即全都是正數(shù))，并且取V_REF=-16 V，則輸入代碼為1111時輸出電壓V_O=15 V，而輸入代碼為0000時輸出電壓V_O=0 V，如表2所示。將表1與表2對照可發(fā)現(xiàn)，如果把表2中間一列的輸出電壓偏移-8 V，則偏移后的輸出電壓恰好同表1所要求得到的輸出電壓相同。

    為了得到正、負(fù)極性的輸出電壓，在圖4所示的電路中增設(shè)了由RB和VB組成的偏移電路；為了使輸入代碼為1000時的輸出電壓等于零，只要使IB與此時IΣ的大小相等即可，所以?。?br />  
    Π型電阻網(wǎng)絡(luò)雙極性輸出D/A轉(zhuǎn)換器，電路電阻個數(shù)較少、阻值選取方便，又適用于集成電路制作。該方法也易于擴展到8 bit及16 bit的雙極性D/A轉(zhuǎn)換器，在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有較高的理論與應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦曾煌．電工學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2001．
[2] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2004.
[3] 康華光．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2006.