一种新颖的Π型双极性D/A转换器的设计

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1 通用双极性输出电压D/A转换器    图1是输入为3 bit的双极性输出D/A转换器[2]。在没有接入反相器G和偏移电阻Rb情况下，它的输出电压是单极性的，是一个普通的3 bit电阻网络D/A转换器，得不到正、负极性的输出电压，为此在图1中增设了由Rb和Vb组成的偏移电路。

    根据原码与补码的关系，在各放大器的输入端接入一个偏移电流，使输入最高位为1，而其他各位输入为0时，输出VO=0。为了使输入代码为100时的输出电压等于零，只要使Ib与此时IΣ的大小相等即可，故应取：   

    将输入的符号位反相后接到D/A转换器的输入端，就得到了双极性输出的D/A转换器。该电路的优点是网络中只有R和2R两种阻值的电阻，精度高、速度快；其缺点是网络的电阻数目较多，为集成电路设计和制作带来不便[3]。2 一种新颖的Π型双极性D/A电阻网络单元    在分析了普通双极性D/A输出单元后，本文提出了一种全新的Π型双极性D/A电阻网络单元。本电路相对简单，又有较高精度，集成化又较容易，具有广泛的应用价值。2.1 4 bit Π型电阻网络的设计    Π型电阻网络如图2所示，反相端“虚地”，S3和S2位的电阻及S1和S0位的电阻取值相差一倍，目的是让流过它们的电流相差一倍。关键是如何确定串联电阻RS的阻值，使其符合二进制的衰减规律。如假设RS=mR，则当S3S2S1S0的取值为0011时，S3、S2位接地，S1、S0位接参考电压，流入S3、S2位的电流等于零。

    图2的等效电路如图3所示。则流过RS电阻的电流为：   






                          
                       
                          
                                2.2    4 bit 新颖的Π型双极性D/A电阻转换器    在上述新颖的电阻网络单元基础上，加上偏移电阻Rb，在S3位加上反相器G，就得到双极性输出D/A电阻转换器，转换的原理如下。    4 bit二进制补码可以表示从+7～-8之间的任何整数，它们与十进制的对应关系以及希望得到的输出模拟电压如表1所示。

    图4所示的电路中，如果没有接入反相器G和偏移电阻Rb，它就是一个4 bit Π型电阻网络D/A转换器，在这种情况下，如果把输入的4 bit代码看作无符号的4 bit二进制数(即全都是正数)，并且取VREF=-16 V，则输入代码为1111时输出电压VO=15 V，而输入代码为0000时输出电压VO=0 V，如表2所示。将表1与表2对照可发现，如果把表2中间一列的输出电压偏移-8 V，则偏移后的输出电压恰好同表1所要求得到的输出电压相同。



    为了得到正、负极性的输出电压，在图4所示的电路中增设了由Rb和Vb组成的偏移电路；为了使输入代码为1000时的输出电压等于零，只要使Ib与此时IΣ的大小相等即可，所以取：   

    Π型电阻网络双极性输出D/A转换器，电路电阻个数较少、阻值选取方便，又适用于集成电路制作。该方法也易于扩展到8 bit及16 bit的双极性D/A转换器，在电子技术应用领域具有较高的理论与应用价值。参考文献[1] 秦曾煌．电工学[M]．北京：高等教育出版社，2001．[2] 阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2004.[3] 康华光．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006.