数模转换器的基本原理及DAC类型简介

百分数或 若干个 LSB 表示。实际上它是三种误差的综合指标。

　　（3） 转换速度

　　转换速度一般由建立时间决定。从输入由全0 突变为全1 时开始，到 输出电压稳定在 FSR±½ LSB 范围（或以 FSR±x％FSR 指明范围）内 为止，这段时间称为建立时间，它是DAC 的最大响应时间，所以用它衡量转换速度的快慢。

　　6 数模转换器的构成

　　DAC 主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准电压源（或恒流源）组成。用存于数字寄存器的数字量的各 位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为 1 的位在位权网络上产生与其位权成正比的电流值，再由运算放大器对各电流值求和，并转换成电压值。

　　根据位权网络的不同，可以构成不同类型的 DAC，如权电阻网络 DAC、R–2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和单值电流型网络 DAC 等

　　7 DAC 的各种拓扑结构

　　电阻型：

　　结构如图1所示。图1所示的是一个R-2R阶梯网络型的转换器。其优点在于能实现很好的线性度，由于所有的电流源都是等值的，我们可以用特殊的附加技术使它们间 误差较小，与电阻分压相比其结构简单得多。缺点是电阻总是非线性的，还包含着和信 号有关的寄生电容，要做到完全匹配较难。同时速度受到输出缓冲器的限制，速度做不到很高。

　　图1 电阻型DAC的结构图

　　电容型：

　　结构如图2所示。最高位的电容CN 是最低位电容C1的 1 2N− 倍。优点是功耗较小， 匹配精度比电阻高。主要的限制因素是电容的不匹配，开关的导通电阻，较大RC延迟 以及放大器有限带宽对DAC速度的影响。电荷分配型DAC的一个主要缺点是CMOS工 艺中的电容实现起来要占很大的芯片面积。最后由于CMOS工艺中的电容本质是非线性 的，总的DAC的线性度将受到抑制。适用于中宽带高精度。

　　图2 电容型DAC的结构图

　　电流型：

　　结构如图3所示。其优点是当精度小于10位时能将面积做得很小，速度不受放大 器带宽和较大RC延迟的限制，可达到很高的速度，由于所有的电流都直接流向输出端， 所以能量的使用效率很高，且容易实现。缺点是对器件不匹配性的敏感和有限的电流源输出阻抗。适合高速宽带的要求。

　　输出时也可以不采用运算放大器，直接利用负载电阻将电流转换成电压输出，如图4所示。这种形式使得DAC的速率可以不受运放带宽的限制。

　　图3 电流型DAC的结构图

　　图4 输出直接利用负载电阻进行转换