电荷重新分配DAC,电荷重新分配DAC原理是什么?

电荷重新分配DAC,电荷重新分配DAC原理是什么?

DAC的发展经历了从电子管、晶体管到集成电路的发展过程，早期的DAC采用电子管组装而成。进入五十年代中期，晶体管的出现并成熟应用，使得DAC进入晶体管时代。从六十年 代中期开始，构成DAC和ADC的主要功能单元电路——如运算放大器、基准电压源、电压比较器、电阻网络、模拟电子开关和逻辑控制电路等，己陆续实现集成化，特别是集成化运算放大器已开始进入大规模工业生产阶段。在此基础上人们逐摒弃了完全由分立元、器件组装DAC和ADC的传统方法，开始选用那些现成的具有某种单一功能的集成电路——如集成化运算放大器、逻辑集成电路、集成电压比较器或集成基准电压源等集成电路单元，并外加一些必要的元、器件，来组装DAC和ADC。这种结构形式的数据转换器，与完全由分立元、器件组装的转换器相比在一定程度上简化了组装结构。无论 是 完 全由分立元、器件组装的数据转换器，还是由集成电路单元附加许多分立元、器件组装的数据转换器，都被称为组件型转换器。其中，前者被称为第一代组件型数据转换器，而后者被称为第二代组件型数据转换器。显然，第二代组件型数据转换器是全集成化数据转换器的先声。在第 二 代 组件型数据转换器发展的同时，出现了混合集成电路型转换器(也叫混合型转换器)。与其他许多混合型模拟集成电路一样，混合型集成转换器是把分立的晶体管(或者单片集成的具有基本功能的单元电路，或者单片集成的低位转换器)粘贴在绝缘衬底上，再通过薄膜或者厚膜技术，在同一绝缘衬底上制作电阻、电容和金属互连线，从而构成具有完整功能的转换器。常见的混合型集成转换器都是采用薄膜技术构成的。 1971年诞生了第一块全集成DAC，它的出现标志着数据转换器真正达到了工业化大批量生产的阶段，摆脱了精心挑选转换器中元、器件的麻烦，从而大大降低了成本，提高了可靠性。此后，数据转换器得到迅速发展。新的设计思想、新的制作工艺和新的种类不断增加，性能不断提高。工艺上，不但双极型器件的工艺进一步得到改进，使双极型转换器内部的逻辑电路可采用高速的ECL电路或者高集成度的I2L电路，而且增加了MOS工艺，特别是CMOS工艺，使得DAC的集成度和功耗都有很大的改进。

基本原理：

电荷型DAC是通过在电容阵列中重新分配总的电荷来进行工作的。它的结构如图所示:

如图中所示，电荷型DAC正常工作需要一不交叠的两相时钟。在Ф2时刻，所有电容的上下极板接地，对地进行放电。接着，在Ф1时刻，所有输入为“1'的位所控制的开关连接到基准电源UR上，而所有输入为“0”的位所控制的开关连接到地上。此时连接到UR上的总电容为:

连接到地上的总电容为:

其中B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I为数字输入，此时，电压输出为:U0=(B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I)UR，实现了数模转换的功能。电荷型DAC的优点是精度教高，但是却有着面积大，对寄生电容敏感等缺点，而且还需要两相时钟，增加了设计制造的复杂度。除了上述的几种比较经典传统的DAC结构外，现在还出现了∑-△DAC和带有自校准电路的DAC等。随着工艺和技术水平的不断提高，DAC的性能，精度和速度等都得到了大幅度的提高。