电荷重新分配DAC,电荷重新分配DAC原理是什么?
电荷重新分配DAC,电荷重新分配DAC原理是什么?
DAC的发展经历了从电子管、晶体管到集成电路的发展过程,早期的DAC采用电子管组装而成。进入五十年代中期,晶体管的出现并成熟应用,使得DAC进入晶体管时代。从六十年 代中期开始,构成DAC和ADC的主要功能单元电路——如运算放大器、基准电压源、电压比较器、电阻网络、模拟电子开关和逻辑控制电路等,己陆续实现集成化,特别是集成化运算放大器已开始进入大规模工业生产阶段。在此基础上人们逐摒弃了完全由分立元、器件组装DAC和ADC的传统方法,开始选用那些现成的具有某种单一功能的集成电路——如集成化运算放大器、逻辑集成电路、集成电压比较器或集成基准电压源等集成电路单元,并外加一些必要的元、器件,来组装DAC和ADC。这种结构形式的数据转换器,与完全由分立元、器件组装的转换器相比在一定程度上简化了组装结构。无论 是 完 全由分立元、器件组装的数据转换器,还是由集成电路单元附加许多分立元、器件组装的数据转换器,都被称为组件型转换器。其中,前者被称为第一代组件型数据转换器,而后者被称为第二代组件型数据转换器。显然,第二代组件型数据转换器是全集成化数据转换器的先声。在第 二 代 组件型数据转换器发展的同时,出现了混合集成电路型转换器(也叫混合型转换器)。与其他许多混合型模拟集成电路一样,混合型集成转换器是把分立的晶体管(或者单片集成的具有基本功能的单元电路,或者单片集成的低位转换器)粘贴在绝缘衬底上,再通过薄膜或者厚膜技术,在同一绝缘衬底上制作电阻、电容和金属互连线,从而构成具有完整功能的转换器。常见的混合型集成转换器都是采用薄膜技术构成的。 1971年诞生了第一块全集成DAC,它的出现标志着数据转换器真正达到了工业化大批量生产的阶段,摆脱了精心挑选转换器中元、器件的麻烦,从而大大降低了成本,提高了可靠性。此后,数据转换器得到迅速发展。新的设计思想、新的制作工艺和新的种类不断增加,性能不断提高。工艺上,不但双极型器件的工艺进一步得到改进,使双极型转换器内部的逻辑电路可采用高速的ECL电路或者高集成度的I2L电路,而且增加了MOS工艺,特别是CMOS工艺,使得DAC的集成度和功耗都有很大的改进。
基本原理:
电荷型DAC是通过在电容阵列中重新分配总的电荷来进行工作的。它的结构如图所示:
如图中所示,电荷型DAC正常工作需要一不交叠的两相时钟。在Ф2时刻,所有电容的上下极板接地,对地进行放电。接着,在Ф1时刻,所有输入为“1'的位所控制的开关连接到基准电源UR上,而所有输入为“0”的位所控制的开关连接到地上。此时连接到UR上的总电容为:
连接到地上的总电容为:
其中B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I为数字输入,此时,电压输出为:U0=(B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I)UR,实现了数模转换的功能。电荷型DAC的优点是精度教高,但是却有着面积大,对寄生电容敏感等缺点,而且还需要两相时钟,增加了设计制造的复杂度。除了上述的几种比较经典传统的DAC结构外,现在还出现了∑-△DAC和带有自校准电路的DAC等。随着工艺和技术水平的不断提高,DAC的性能,精度和速度等都得到了大幅度的提高。
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