原创 DAC 架构的比较

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作者：德州仪器 (TI) 高级应用工程师 Bonnie Baker

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即使是资历尚浅的工程师也能对 ADC 拓扑结构了如指掌，因此在求职面试时，大部分求职者都可以绘制并说明其基本结构图。但是，DAC 拓扑远没有这么简单。这种情况下，求职者只能向我表述其基本原理：如数字输入，模拟输出。

Figure 1 Typical topologies of popular DACs include R2R-multiplying (a), R2R-back (b), and resistor-string (c) architectures

通常，高精度控制环路应用中的 DAC 为 R2R（电阻梯形）MDAC（乘法DAC，见 Figure 1a）。该架构可实现高电压输出，因此 MDAC 厂商可以设计高精度（16 位）器件，该器件采用 ±1 LSB INL（积分非线性）和DNL（差分非线性）规范。MDAC 需要 1 个外部电流电压运算放大器，但应有较快的建立时间（小于 0.3 µsec）以及大于 10 MHz 的乘法带宽 (multiplying bandwidth)。

R2R-back DAC 非常适于工业应用（见 Figure 1b）。利用该 DAC，每次升级只要将 2R 引脚 (leg) 切换到高参考电压 V_REF-H，或者低参考电压 V_REF-L 即可。制造这种架构相对来说比较简捷，因为 R2R 架构具有一条并行数据输入总线。对于带有串行接口的器件而言，在 DAC 进行数据锁存之前，多位DAC首先使用内部的一个串并寄存器。任何情况下，门切换时序偏移都应视为 DAC 输出端的短时脉冲干扰。R2R-back DAC 和 MDAC 一样，通常具有出色的低噪声、INL 以及 DNL 性能，而且建立时间适中。

电阻串 DAC 适用于便携式仪表、闭环伺服控制、过程控制和数据采集系统（见 Figure 1c）。该 figure 显示了 1 个 3 位电阻串 DAC 模型，此处的数字输入编码为 101b,输入端解码为 5/8V_REF。输出级缓冲器将内部电阻元件与输出负载隔离。电阻串 DAC 是一款低功耗器件，从而确保了在整个输入编码范围内的单一性，且 DNL 性能良好。这种 DAC 产生的脉冲波形干扰能量通常要低于其他类型的 DAC。但是，INL 性能取决于电阻阵列匹配，并受芯片布局影响较大；而电阻串 DAC 的噪声也取决于电阻串阵列的阻抗，而且噪声相对较高。

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