权电流型(D/A)转换器电路结构及工作原理

    
尽管倒T型电阻网络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。

    1、电路结构
    4位权电流D/A转换器如图1所示。电路中，用一组恒流源代替了倒T型电阻网络。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 
    2、工作原理
    在图1所示电路中，当输入数字量的某一位数码D_{i=1时，开关Si接运算放大器的反相端，相应权电流流出求和电路；当Si=0时，开关Si。分析该电路，可得出
    
    
    
    3、优点
    1.速度快。
    2.当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，降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。
    4、电路举例
    恒流源采用具有电流负反馈的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V_{BE的不一致性对D/A转换精度的影响，图中T3～T1均采用了多发射极晶体管，其发射极个数分别是8、4、2，即T3～T1发射极面积之比为8：4：2。这样，在各BJT电流比值为8:4:2的情况下，T3～T1的发射极电流密度相等，可使各发射节电压VBE相同。由于T3～T1的基极电压相同，所以它们的发射极e3、e2、e1就为等电位点。在计算各支路电流时将它们等效连接后，可看出电路中得到T型电阻网络与图11.2.1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，各支路中电流分配比值满足8：4：2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
    
    由倒T型电阻网络分析可知， IE3=I/2,IE2=I/4,IE1=I/8,IE0=I/16,于是可得输出电压为
    
    可推得n位倒T型权电流D/A转换器的输出电压
         
    上式表明，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。
    常用的单片集成权电流D/A转换器有AD1408、DAC0806、DAC0808等。}

,    
尽管倒T型电阻网络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。

    1、电路结构
    4位权电流D/A转换器如图1所示。电路中，用一组恒流源代替了倒T型电阻网络。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 
    2、工作原理
    在图1所示电路中，当输入数字量的某一位数码D_{i=1时，开关Si接运算放大器的反相端，相应权电流流出求和电路；当Si=0时，开关Si。分析该电路，可得出
    
    
    
    3、优点
    1.速度快。
    2.当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，降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。
    4、电路举例
    恒流源采用具有电流负反馈的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V_{BE的不一致性对D/A转换精度的影响，图中T3～T1均采用了多发射极晶体管，其发射极个数分别是8、4、2，即T3～T1发射极面积之比为8：4：2。这样，在各BJT电流比值为8:4:2的情况下，T3～T1的发射极电流密度相等，可使各发射节电压VBE相同。由于T3～T1的基极电压相同，所以它们的发射极e3、e2、e1就为等电位点。在计算各支路电流时将它们等效连接后，可看出电路中得到T型电阻网络与图11.2.1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，各支路中电流分配比值满足8：4：2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
    
    由倒T型电阻网络分析可知， IE3=I/2,IE2=I/4,IE1=I/8,IE0=I/16,于是可得输出电压为
    
    可推得n位倒T型权电流D/A转换器的输出电压
         
    上式表明，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。
    常用的单片集成权电流D/A转换器有AD1408、DAC0806、DAC0808等。}