高分辨率数模转换器为什么不总是把一种基础结构一直扩大?ADI《Current Steering Digital-to-Analog Converters》教程在介绍几种DAC架构时,给出的答案是分担:完整分辨率可以分配到两个或更多子DAC,某个电阻串区段中的电压还可以继续被细分。[1] 因此,组合两类结构并非在一个芯片里重复放入两份相同输出,而是让它们承担不同层次的转换。

教程先介绍按二进制权重组织元素的架构。电流源、电阻或电容等元素按位权组合,形成模拟输出;随着分辨率增加,最高有效位与最低有效位所对应元素的尺度差异也增加,匹配因此更困难。[1] 这里的限制来自元素之间的权重关系,而不只是器件名称中多出了若干位。

电阻串采用另一种组织方式。组成串的电阻取相同阻值,输入需要经过解码,以选择串上的相应抽头。[1] 等值元素与选择位置一起决定输出,所以“电阻相同”和“输出只有一个水平”并不是同一结论。教程同时指出,高分辨率下所需元素数量会成为负担,因而全解码架构常被用作分段DAC的构件。本篇不采用提取文字中上标失真的电阻数量公式。

分段一节把两种组织方式联系起来:电阻串分压中某一段的电压,可再通过第二个分压器,或者不同架构进一步细分。[1] 整体所表示的范围与局部细分范围由此分开。原文对整体单调性也保留了各段单调及缓冲放大器失调等条件,没有把“采用分段”写成无需条件的整体性能认证。

R-2R梯形则只使用两种阻值,比例为二比一,可用于电压或电流模式。[1] 本文将它作为架构类别理解,不把这个比例改写成实际电路的元件处方。对于高分辨率DAC,教程特别说,R-2R梯形常与全解码DAC结合,形成分段架构;这正好把前面不同组织方式的长处放在同一个转换范围中。

历史AD7546例子使这层关系更具体。教程介绍它以全解码的四位电阻串结合十二位R-2R,构成十六位DAC;其输出电平又按十六组、每组4096步来描述。[1] 位数、分组和组内步进在这里分别说明架构层次,不宜只摘取“四位电阻串”,便误写成整只转换器只有四位。

同一例子还提醒读者,四位部分由设计具有单调性,整体单调性仍由十二位R-2R部分决定;总体线性仍与各元素匹配相连。[1] 某个子段的性质,因此没有自动替整个组合消除条件。对模拟芯片资料阅读,这比仅说“分段更好”具体得多:需要看清哪一段组织粗分范围,哪一段继续细分,以及原文把整体性质交给了哪些条件。

采用的是网页显示2021年批准版本中第1.1至1.4节连续文字,批准时间不作为首次发表日。本文未从示意图补充连接,没有给出时钟、补偿、参考源或器件选择方案;历史架构例子也不等同对现行产品的性能保证。

资料:[1] https://wiki.analog.com/university/courses/tutorials/cmos-dac-chapter

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