四位 R–2R DAC
把四位数字变成电压
DAC 是 Digital to Analog Converter,即数模转换器,把数字变成电压。R–2R 梯形网络使用阻值 R 和两倍的 2R。位只有 0 或 1。LSB(Least Significant Bit,最低有效位)权重为 1;这里 MSB(Most Significant Bit,最高有效位)权重为 8。四位可以选择 16 个电压等级。
实验台
改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。
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工作原理
理想四位电压梯形网络带缓冲器:跟随电压而不加载网络。输出空载,参考 Vref 为 1–5 V。忽略电阻误差、开关毛刺、建立时间和输出电流限制。
b0–b3 的权重为 1、2、4、8,码值为加权和。Vout 是输出电压,Vref 是参考电压。一个最低位步长为 Vref/16。码 15 比 Vref 低一个步长。
难度
延伸阅读与电路配方
四位 R–2R DAC
数字控制器保存数字,模拟电路响应电压。电阻梯形网络连接两者:开关选择参考电压的各个分量,并在输出相加。
code = b0 + 2b1 + 4b2 + 8b3; Vout = Vref × code/16; ΔV = Vref/16
参考为 5 V 时一步为 0.3125 V。最高码为 15 步,即 4.6875 V。没有其他电路时,台阶之间没有中间值。
实用关联
梯形网络只需两种阻值。准确的比例比特殊的绝对阻值更重要。
意外细节
参考不变时,增加一位使码数翻倍,理想步长减半。
值得避开的误区
十六个码从 0 到 15。此模型的公式不能除以 15。
码为 8,Vref 从 5 V 变为 2 V。Vout 变成…
- 1 V
- 2 V
- 2.5 V
延伸阅读
码 8 选择参考的一半:2 × 8/16 = 1 V。
参考的一半
只启用最高有效位。
参考为 5 V 时,码 8 产生 2.5 V。
第一小步
只启用最低有效位。
参考为 5 V 时,码 1 产生 0.3125 V。
试试其他变化
比较 7(0111)与 8(1000)。许多位改变,但理想电压只上升一步。真实开关可能产生短暂毛刺,本模型不显示。