電荷重新分配DAC,電荷重新分配DAC原理是什么?

電荷重新分配DAC,電荷重新分配DAC原理是什么?

DAC的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管到集成電路的發(fā)展過程，早期的DAC采用電子管組裝而成。進(jìn)入五十年代中期，晶體管的出現(xiàn)并成熟應(yīng)用，使得DAC進(jìn)入晶體管時(shí)代。從六十年 代中期開始，構(gòu)成DAC和ADC的主要功能單元電路——如運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)和邏輯控制電路等，己陸續(xù)實(shí)現(xiàn)集成化，特別是集成化運(yùn)算放大器已開始進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)階段。在此基礎(chǔ)上人們逐摒棄了完全由分立元、器件組裝DAC和ADC的傳統(tǒng)方法，開始選用那些現(xiàn)成的具有某種單一功能的集成電路——如集成化運(yùn)算放大器、邏輯集成電路、集成電壓比較器或集成基準(zhǔn)電壓源等集成電路單元，并外加一些必要的元、器件，來組裝DAC和ADC。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，與完全由分立元、器件組裝的轉(zhuǎn)換器相比在一定程度上簡化了組裝結(jié)構(gòu)。無論 是 完 全由分立元、器件組裝的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還是由集成電路單元附加許多分立元、器件組裝的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，都被稱為組件型轉(zhuǎn)換器。其中，前者被稱為第一代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，而后者被稱為第二代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。顯然，第二代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是全集成化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的先聲。在第 二 代 組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展的同時(shí)，出現(xiàn)了混合集成電路型轉(zhuǎn)換器(也叫混合型轉(zhuǎn)換器)。與其他許多混合型模擬集成電路一樣，混合型集成轉(zhuǎn)換器是把分立的晶體管(或者單片集成的具有基本功能的單元電路，或者單片集成的低位轉(zhuǎn)換器)粘貼在絕緣襯底上，再通過薄膜或者厚膜技術(shù)，在同一絕緣襯底上制作電阻、電容和金屬互連線，從而構(gòu)成具有完整功能的轉(zhuǎn)換器。常見的混合型集成轉(zhuǎn)換器都是采用薄膜技術(shù)構(gòu)成的。 1971年誕生了第一塊全集成DAC，它的出現(xiàn)標(biāo)志著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器真正達(dá)到了工業(yè)化大批量生產(chǎn)的階段，擺脫了精心挑選轉(zhuǎn)換器中元、器件的麻煩，從而大大降低了成本，提高了可靠性。此后，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器得到迅速發(fā)展。新的設(shè)計(jì)思想、新的制作工藝和新的種類不斷增加，性能不斷提高。工藝上，不但雙極型器件的工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，使雙極型轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的邏輯電路可采用高速的ECL電路或者高集成度的I2L電路，而且增加了MOS工藝，特別是CMOS工藝，使得DAC的集成度和功耗都有很大的改進(jìn)。

基本原理：

電荷型DAC是通過在電容陣列中重新分配總的電荷來進(jìn)行工作的。它的結(jié)構(gòu)如圖所示:

如圖中所示，電荷型DAC正常工作需要一不交疊的兩相時(shí)鐘。在Ф2時(shí)刻，所有電容的上下極板接地，對(duì)地進(jìn)行放電。接著，在Ф1時(shí)刻，所有輸入為“1'的位所控制的開關(guān)連接到基準(zhǔn)電源UR上，而所有輸入為“0”的位所控制的開關(guān)連接到地上。此時(shí)連接到UR上的總電容為:

連接到地上的總電容為:

其中B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I為數(shù)字輸入，此時(shí)，電壓輸出為:U0=(B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I)UR，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能。電荷型DAC的優(yōu)點(diǎn)是精度教高，但是卻有著面積大，對(duì)寄生電容敏感等缺點(diǎn)，而且還需要兩相時(shí)鐘，增加了設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜度。除了上述的幾種比較經(jīng)典傳統(tǒng)的DAC結(jié)構(gòu)外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了∑-△DAC和帶有自校準(zhǔn)電路的DAC等。隨著工藝和技術(shù)水平的不斷提高，DAC的性能，精度和速度等都得到了大幅度的提高。