二進位制加權電阻數模轉換器 (DAC)

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數模轉換器 (DAC) 或數字-模擬轉換器是一種將數字輸入訊號轉換為模擬輸出訊號的電子電路。DAC 是重要的裝置，廣泛應用於訊號處理和通訊系統。數字-模擬轉換器接受以二進位制數字（即 0 和 1）形式的訊號輸入，並生成連續訊號形式的輸出。

數字-模擬轉換器的型別

基於構造和工作原理，DAC 主要分為以下兩種型別

• 二進位制加權電阻數模轉換器 (DAC)

• R-2R 梯形 DAC

二進位制加權電阻 **DAC** 由一個二進位制加權電阻網路組成。而 **R-2R 梯形 DAC** 具有 R 和 2R 值的電阻梯形網路。

在本文中，我們將學習二進位制加權電阻 DAC。在這裡，我們將涵蓋各種概念，例如定義、構造、工作原理、優點、缺點和應用。因此，讓我們從 **二進位制加權** 電阻數字-模擬轉換器的基本定義開始。

什麼是二進位制加權電阻 DAC？

**二進位制加權電阻數字-模擬轉換器 (DAC)** 是一種數字-模擬轉換器，它透過使用二進位制加權電阻網路將數字輸入訊號轉換為等效的模擬輸出訊號。

簡單來說，二進位制加權電阻 DAC 使用具有二進位制加權值的精密電阻網路來產生與數字輸入訊號對應的模擬輸出訊號。

二進位制加權電阻 DAC 利用連線到求和放大器的電阻梯形網路來生成模擬輸出。在梯形網路中，每個電阻的阻值與前一個電阻成二進位制比例。

這種型別的 DAC 確保數字輸入訊號被正確加權並轉換為模擬輸出訊號。

二進位制加權電阻 DAC 的電路圖

**二進位制加權電阻數字-模擬轉換器的電路圖** 如下圖所示。

我們可以看到，這是一個 3 位二進位制加權電阻數字-模擬轉換器。它由連線到求和放大器（運算放大器）的二進位制加權電阻梯形網路組成。梯形網路中的每個電阻的值都與前一個電阻成二進位制比例。例如，如果第一個電阻的值為 20R，即 R，則第二個電阻的值將為 2¹R 或 2R，類似地，第三個電阻的值為 2²R 或 4R，依此類推。

梯形網路末端的求和放大器將所有中間輸出值相加，以生成適當的模擬輸出訊號。

二進位制加權電阻 DAC 的工作原理

我們可以透過將其分成多個階段來理解 **二進位制加權電阻 DAC 的工作原理**。二進位制加權電阻 DAC 的工作原理解釋如下

步驟 1 - 獲取數字輸入

在此階段，二進位制加權電阻 DAC 獲取以一組位指定的形式的數字輸入訊號。輸入訊號的每個位都具有二進位制權重，其中最高權重與數字訊號的 MSB（最高有效位）相關聯，而最低權重與 LSB（最低有效位）相關聯。

步驟 2 - 電阻網路的切換

數字輸入訊號根據訊號的位切換（連線或斷開）梯形網路中的電阻。例如，輸入訊號的一個位具有 2¹ 的二進位制權重，即 2 將連線梯形網路中值為 2R 的電阻。

步驟 3 - 求和放大器和模擬輸出

求和放大器或運算放大器連線到電路的求和節點。它將電阻的不同輸出組合在一起，在輸出端產生最終的模擬訊號。

二進位制加權電阻 DAC 的優點

以下是與其他型別的數字-模擬轉換器相比，**二進位制加權電阻 DAC 的一些重要優勢**

• 由於其簡單的架構，二進位制加權電阻 DAC 設計和實現簡單。

• 透過適當匹配電阻值，二進位制加權電阻 DAC 可以輕鬆實現良好的線性度。

• 二進位制加權電阻 DAC 在數字-模擬轉換中提供相對較高的精度。

• 二進位制加權電阻 DAC 提供高速的數字訊號到模擬訊號的轉換。

• 二進位制加權電阻 DAC 提供更高的解析度和更寬範圍的模擬輸出。

• 與其他型別的 DAC 相比，二進位制加權電阻 DAC 的功耗更低。

二進位制加權電阻 DAC 的缺點

儘管二進位制加權電阻 DAC 具有優於其他型別 DAC 的幾個優點。但它也存在各種缺點。以下是二進位制加權電阻 DAC 的一些主要缺點：

• 在更高的位解析度下，二進位制加權電阻 DAC 不經濟。這是由於隨著位數的增加，電路的複雜性也隨之增加。

• 在更高的解析度下，二進位制加權電阻 DAC 的功耗較高。

• 由於一些物理限制（例如精度和效能降低、精度降低等），在更高的位數下，二進位制加權電阻 DAC 的實現成為一個挑戰。

• 二進位制加權電阻 DAC 可能面臨與開關瞬變和建立時間相關的問題。在快速切換訊號的情況下，這可能會導致誤差。

二進位制加權電阻 DAC 的應用

以下是**二進位制加權**電阻**數字-模擬轉換器**的一些主要**應用**

• 二進位制加權電阻 DAC 廣泛用於各種音訊系統（如音訊播放器、音訊混音器、音效卡等）的音訊訊號處理。

• 二進位制加權電阻 DAC 也用於通訊系統中，將數字訊號轉換為模擬訊號，以便透過通訊通道進行調製和資料傳輸。

• 二進位制加權電阻 DAC 也用於機器人技術、電機驅動控制、過程控制、工業自動化等領域的控制系統。

• 二進位制加權電阻 DAC 用於各種測量儀器，例如數字電壓表/電流表、示波器、萬用表、訊號發生器等。

結論

總之，二進位制加權電阻 DAC 是一種數字-模擬轉換器，以其高效能、高解析度和高能效而聞名。它主要用於對簡易性、速度和精度至關重要的應用中，例如通訊系統、控制系統、音訊訊號處理等。但是，二進位制加權電阻 DAC 也有一些侷限性，例如電路複雜性和更高位數的有限解析度。