两种非常相似的架构：R-2R DAC 与 MDAC

作者：Kevin Duke  德州仪器

 

我在上篇文章中讨论了电阻串 DAC 架构及其趋势。如果您没有看到，可以在这里阅读该博客文章。本文将重点介绍两种非常相似的架构：R-2R DAC 与 MDAC。

首先回顾一下，电阻串 DAC 的较大局限性是与实现高分辨率和维持线性度有关的挑战。如果不实施级联电阻串或内插放大器等巧妙设计技术，电阻串 DAC 所需的电阻器数量将随分辨率的提高呈指数级增长。R-2R 可通过采用二进制加权电阻器梯形结构（如下图所示）直接解决该问题。

DAC 的每一位分辨率都由 1 个由 R 电阻器、2R 电阻器以及 1 个开关组成的集合实现的，开关可在参考电压与接地之间切换，能够在输出节点创建一个分压器。通常在硅芯片上有一个内藏输出缓冲器。如果您很难理解二进制加权分压器的工作原理，我建议您在 TINA-TI 中创建该电路，在这里您可仿真每个开关的位置。

R-2R DAC 在参考节点有不同的阻抗，因此，对于 DAC 输出频繁改变的应用而言，需要一款参考缓冲器来防止参考建立时间影响 DAC 输出建立时间。该缓冲器通常与输出缓冲器一样，整合在硅芯片上。然而在进行任何设想之前，请务必参考器件产品说明书。

乘法 DAC (MDAC) 采用极为相似的拓扑，其实也是 R-2R 梯形结构，不同之处在于可交换参考输入节点与输出节点的位置。这一变化使 R-2R 梯形结构变成了一个分流器而不是分压器。因此，需要一个跨阻抗输出级将电流输出转化为电压输出。该缓冲器通常不包含在硅芯片上，但跨阻抗级所需的反馈电阻器包含在其上。在硅芯片上提供反馈电阻器有助于确保电阻器与其余 R-2R 梯形结构在阻值与漂移性能方面的匹配。

不含输出缓冲器可能似乎是 MDAC 的一大不足，但在很多方面这其实非常有好处。将放大器移到器件外面可实现极高的设计灵活性，能够为要求不高的应用选择成本较低的放大器，与全面集成型解决方案相比可节省资金。同时，在高性能系统中，这非常有益于使用强大纯模拟流程制造的分立式放大器。

对于性能发展趋势而言，R-2R 与 MDAC 架构具有非常相似的属性，我们将同步讨论。

由于这些设计中的电阻器较少，因此我们可实施更多综合微调方案实现极为强大的线性度。此外，由于微调电路也会占据空间，因此 R-2R 与 MDAC 封装会比电阻串 DAC 封装大一些。

在 R-2R 与 MDAC 设计中工作的开关数量取决于代码。在某些情况下，DAC 的每个开关可能都必须随下个代码的增量而变化，这会产生比电阻串 DAC 更高的干扰能量。

R-2R DAC 与 MDAC 一些需要记住的事项：

• 优异的 INL/DNL 性能；
• 中高干扰能量；
• 较大封装。

R-2R 与 MDAC 几乎可用于任何高性能应用，包括工业可编程逻辑控制器、自动测量测试设备、高精度仪表以及各种其它应用。由于 MDAC 不具备参考或输出缓冲器，因此在中速应用中也具有良好的使用效果，例如波形生成或 AC 衰减器。如果您对这些器件感兴趣，请务必了解 DAC8811、DAC8822、DAC8734、DAC9881、DAC8881 或 DAC7654 等一些德州仪器 (TI) R-2R DAC 与 MDAC 产品。

阅读原文, 请参见http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/05/29/dac-essentials-the-resistor-ladder.aspx

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审核编辑：符乾江