R/2nR DAC:Binary-Weighted-Input Digital-to-Analog Converter

Apa itu Sirkuit DAC R/2nR?

Sirkuit R/2nR DAC, atau dikenal sebagai input berbobot biner DAC, adalah variasi dari rangkaian op-amp penjumlahan pembalik. (Perhatikan bahwa sirkuit "penjumlahan" terkadang juga disebut sebagai sirkuit "musim panas".)

Jika Anda ingat, rangkaian penjumlahan pembalik klasik adalah penguat operasional yang menggunakan umpan balik negatif untuk penguatan terkontrol, dengan beberapa input tegangan dan satu output tegangan. Tegangan keluaran adalah jumlah terbalik (berlawanan polaritas) dari semua tegangan masukan:

Untuk rangkaian penjumlahan pembalik sederhana, semua resistor harus bernilai sama. Jika salah satu resistor input berbeda, tegangan input akan memiliki tingkat efek yang berbeda pada output, dan tegangan output tidak akan menjadi jumlah yang sebenarnya.

Contoh:DAC R/2nR dengan Beberapa Nilai Resistor Input

Mari kita pertimbangkan, bagaimanapun, dengan sengaja mengatur resistor input pada nilai yang berbeda. Misalkan kita menetapkan nilai resistor input pada beberapa kekuatan dua:R, 2R, dan 4R, alih-alih semua nilai yang sama R:

Mulai dari V₁ dan melalui V₃ , ini akan memberikan setiap tegangan input tepat setengah efek pada output sebagai tegangan sebelumnya. Dengan kata lain, tegangan input V₁ memiliki efek 1:1 pada tegangan keluaran (gain 1), sedangkan tegangan masukan V₂ memiliki efek setengah dari itu pada output (penguatan 1/2), dan V₃ setengah dari itu (keuntungan 1/4).

Rasio ini tidak dipilih secara sewenang-wenang:mereka adalah rasio yang sama yang sesuai dengan bobot tempat dalam sistem bilangan biner. Jika kita menggerakkan input dari rangkaian ini dengan gerbang digital sehingga setiap input adalah 0 volt atau tegangan suplai penuh, tegangan output akan menjadi representasi analog dari nilai biner dari tiga bit ini.

Jika kita memetakan tegangan output untuk kedelapan kombinasi bit biner (000 hingga 111) input ke rangkaian ini, kita akan mendapatkan perkembangan tegangan berikut:

-------------- | Biner | Tegangan keluaran | ----------- | 000 | 0,00 V | -------------- | 001 | -1,25 V | ------------------ | 010 | -2,50 V | -------------- | 011 | -3,75 V | ------------------ | 100 | -5.00V | -------------- | 101 | -6,25 V | ------------------ | 110 | -7,50 V | -------------- | 111 | -8,75 V | ------------------

Perhatikan bahwa dengan setiap langkah dalam urutan hitungan biner, ada hasil perubahan 1,25 volt pada output.

Rangkaian ini sangat mudah disimulasikan menggunakan SPICE. Dalam simulasi berikut, saya mengatur rangkaian DAC dengan input biner 110 (perhatikan nomor node pertama untuk resistor R₁ , R₂ , dan R₃ :nomor simpul "1" menghubungkannya ke sisi positif baterai 5 volt, dan nomor simpul "0" menghubungkannya ke ground).

Tegangan keluaran muncul pada simpul 6 dalam simulasi:

binary-weighted dac v1 1 0 dc 5 rbogus 1 0 99k r1 1 5 1k r2 1 5 2k r3 0 5 4k rfeedbk 5 6 1k e1 6 0 5 0 999k .end node voltage tegangan node tegangan (1) 5.0000 (5) 0,0000 (6) -7,5000

Kita dapat menyesuaikan nilai resistor di rangkaian ini untuk mendapatkan tegangan keluaran yang secara langsung sesuai dengan masukan biner. Misalnya, dengan membuat resistor umpan balik 800 alih-alih 1 kΩ, DAC akan mengeluarkan -1 volt untuk input biner 001, -4 volt untuk input biner 100, -7 volt untuk input biner 111, dan seterusnya.

(dengan resistor umpan balik diatur pada 800 ohm) ------ | Biner | Tegangan keluaran | ---------------- | 000 | 0,00 V | ------------ | 001 | -1,00 V | ---------------- | 010 | -2,00 V | ------------ | 011 | -3,00 V | ---------------- | 100 | -4,00 V | ------------ | 101 | -5.00V | ---------------- | 110 | -6.00 V | ------------ | 111 | -7,00 V | ----------------

Jika kita ingin memperluas resolusi DAC ini (menambahkan lebih banyak bit ke input), yang perlu kita lakukan adalah menambahkan lebih banyak resistor input, dengan mempertahankan urutan nilai pangkat dua yang sama:

Perlu dicatat bahwa semua gerbang logika harus mengeluarkan tegangan yang sama persis ketika dalam keadaan "tinggi". Jika satu gerbang mengeluarkan +5,02 volt untuk "tinggi" sementara yang lain hanya mengeluarkan +4,86 volt, keluaran analog DAC akan terpengaruh.

Demikian juga, semua level tegangan "rendah" harus identik di antara gerbang, idealnya persis 0,00 volt. Direkomendasikan bahwa gerbang keluaran CMOS digunakan, dan nilai resistor masukan/umpan balik dipilih untuk meminimalkan jumlah arus yang dimiliki setiap gerbang ke sumber atau tenggelam.

Pengantar Konversi Digital-Analog R/2R DAC (Digital-to-Analog Converter)

Teknologi Industri

Proses manufaktur

pencetakan 3D

Sistem Kontrol Otomatisasi

Teknologi Industri