模拟集成电路设计系列博客——6.2.1 二进制权重电阻DAC

6.2.1 二进制权重电阻DAC

一种主流的实现D/A转换器的方式是将一组信号以二进制方式进行组合。这组二进制信号可以是电流（在电阻或者电流方式中），但二进制权重的电荷也经常使用。在这个章节中，将首先介绍店主方式，然后是和电荷重分布的模式和电流模式。在这个远离下并不能保证单调性，因为完全不同的组件被用于将数字码转换成模拟电压或者电流，并且在二进制权重阵列中大比重的部分打开或关闭时一般会观察到打的查封非线性（DNL，Differential Non-Linearity）。例如，这个失配效应一般在转换器的MSB改变时最大，使得此处有着最大的DNL。

二进制权重电阻转换器对于双极型晶体管工艺来说更受欢迎，因为双极型晶体管差分对可以用于电流开关。一个基本的4-bit转换器架构如下图所示：

假设\(b_i\)为1，那么第\(i\)个电阻上会有来从放大器的虚地点的电流，否则电流会来自于地。因此，我们有：

\[V_{out}=-R_FV_{ref}(-\frac{b_1}{2R}-\frac{b_2}{4R}-\frac{b_3}{8R}-...)=(\frac{R_F}{R}V_{ref})B_{in} \tag{6.2.1}
\]

其中：

\[B_{in}=b_12^{-1}+b_22^{-2}+b_32^{-3}+... \tag{6.2.2}
\]

尽管这种模式并不需要许多电阻或者开关，但是仍然有一些缺点。电阻和电流的比例是\(2^N\)，因此取决于\(N\)，值可能会很大。这个大电流比例同样要求开关进行缩放，从而对于分布广泛的不同电流仍然可以使得开关上的压降相等。同时，这个方式没有保证单调性。最后，在高速应用中这种方式会引发毛刺。