尽管倒t形电阻网络d/a转换器具有较高的转换速度,但由于电路中存在模拟开关电压降,当流过各支路的电流稍有变化时,就会产生转换误差。为进一步提高d/a转换器的精度,可采用权电流型d/a转换器。单片集成权电流d/a转换器有ad1408、dac0806、dac0808等。
1.电路结构及原理
4位权电流型d/a转换器原理电路图如1所示。电路中用一组恒流电源代替了图7.4中倒t形网络。这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为i/2,i/4,i/8,i/16。
图1 权电流d/a转换器的原理电路
在图1所示电路中,当输入数字量的某一位代码di=1时,开关si接运算放大器的反向端,相应权电流流入求和电路;当di=0时,开关si接地。分析该电路,可得出
采用了恒流源电路后,各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响,这就降低了对开关电路的要求,提高了转换精度。
如将图1中所示恒流源采用具有电流反馈的bjt恒流源电路,即可得如图2所示的实际的权电流d/a转换器电路。
图2 实际的权电流d/a转换器电路
为消除因各bjt发射结电压vbe的不一致性对d/a转换精度的影响,图中t3~t0均采用了多发射极晶体管,其发射级个数分别是8,4,2,1,即t3~t0发射极面积之比为8:4:2:1。这样,在各bjt电流比值为8:4:2:1的情况下,t3~t0的发射极电流密度相等,可使各发射节电压vbe相同。由于t3~t0的基极电压相同,所以它们的发射e3、e2、e1、 e0就为等电位点。在计算各支路电流时将它们等效连接后可看出电路中的倒t形电阻与图7.4中工作状态完全相同,流入每个2r电阻的电流从高位到低位依次减少1/2,各支路电流分配比例满足8:4:2:1的要求。
基准电流iref产生电路由运算放大器a2、r1、tr、r和-vee组成,a2和r1、tr的cb结组成电压并联负反馈电路,以稳定输出电压,即tr的基极电压。tr的be结,电阻r到-vee
为反馈电路负载,由于电路处于深度负反馈,根据虚短的原理,其基准电流为iref=vref/r1=2ie3
由倒t形电阻网络分析可知,ie3=i/2,ie2=i/4,ie1=i/8,ie0=1/16,于是可得输出电压为vo=iårf= (d3·23+d2·22+d1·21+d0·20)
可推得n位倒t形权电流d/a转换器的输出电压
vo= di·2i
2.电路的优点
从输出电压vo表达式可以看出,基准电流仅与基准电压vref和电阻r1有关,而与bjt、r、2r电阻无关。这样,电路降低了对bjt参数及r、2r取值的要求,对于集成化十分有利。由于在这种权电流d/a转换器中采用了高速电子开关,电路还具有较高的转换速度。