模擬積體電路設計系列部落格——6.2.1 二進位制權重電阻轉換器

sasasatori發表於2024-05-01

6.2.1 二進位制權重電阻轉換器

一種主流的實現D/A轉換器的方式是將一組訊號以二進位制方式進行組合。這組二進位制訊號可以是電流(在電阻或者電流方式中),但二進位制權重的電荷也經常使用。在這個章節中,將首先介紹店主方式,然後是和電荷重分佈的模式和電流模式。在這個遠離下並不能保證單調性,因為完全不同的元件被用於將數字碼轉換成模擬電壓或者電流,並且在二進位制權重陣列中大比重的部分開啟或關閉時一般會觀察到打的查封非線性(DNL,Differential Non-Linearity)。例如,這個失配效應一般在轉換器的MSB改變時最大,使得此處有著最大的DNL。

二進位制權重電阻轉換器對於雙極型電晶體工藝來說更受歡迎,因為雙極型電晶體差分對可以用於電流開關。一個基本的4-bit轉換器架構如下圖所示:

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假設\(b_i\)為1,那麼第\(i\)個電阻上會有來從放大器的虛地點的電流,否則電流會來自於地。因此,我們有:

\[V_{out}=-R_FV_{ref}(-\frac{b_1}{2R}-\frac{b_2}{4R}-\frac{b_3}{8R}-...)=(\frac{R_F}{R}V_{ref})B_{in} \tag{6.2.1} \]

其中:

\[B_{in}=b_12^{-1}+b_22^{-2}+b_32^{-3}+... \tag{6.2.2} \]

儘管這種模式並不需要許多電阻或者開關,但是仍然有一些缺點。電阻和電流的比例是\(2^N\),因此取決於\(N\),值可能會很大。這個大電流比例同樣要求開關進行縮放,從而對於分佈廣泛的不同電流仍然可以使得開關上的壓降相等。同時,這個方式沒有保證單調性。最後,在高速應用中這種方式會引發毛刺。

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