一种新颖的Π型双极性D/A转换器的设计

1 通用双极性输出电压D/A转换器
    图1是输入为3 bit的双极性输出D/A转换器[2]。在没有接入反相器G和偏移电阻RB情况下，它的输出电压是单极性的，是一个普通的3 bit电阻网络D/A转换器，得不到正、负极性的输出电压，为此在图1中增设了由RB和VB组成的偏移电路。

    根据原码与补码的关系，在各放大器的输入端接入一个偏移电流，使输入最高位为1，而其他各位输入为0时，输出V_O=0。为了使输入代码为100时的输出电压等于零，只要使IB与此时IΣ的大小相等即可，故应取：
  
    将输入的符号位反相后接到D/A转换器的输入端，就得到了双极性输出的D/A转换器。该电路的优点是网络中只有R和2R两种阻值的电阻，精度高、速度快；其缺点是网络的电阻数目较多，为集成电路设计和制作带来不便[3]。
2 一种新颖的Π型双极性D/A电阻网络单元
    在分析了普通双极性D/A输出单元后，本文提出了一种全新的Π型双极性D/A电阻网络单元。本电路相对简单，又有较高精度，集成化又较容易，具有广泛的应用价值。
2.1 4 bit Π型电阻网络的设计
    Π型电阻网络如图2所示，反相端“虚地”，S₃和S₂位的电阻及S1和S0位的电阻取值相差一倍，目的是让流过它们的电流相差一倍。关键是如何确定串联电阻RS的阻值，使其符合二进制的衰减规律。如假设R_S=mR，则当S3S2S1S0的取值为0011时，S₃、S₂位接地，S₁、S₀位接参考电压，流入S3、S2位的电流等于零。

    图2的等效电路如图3所示。则流过RS电阻的电流为：

2.2    4 bit 新颖的Π型双极性D/A电阻转换器
    在上述新颖的电阻网络单元基础上，加上偏移电阻RB，在S3位加上反相器G，就得到双极性输出D/A电阻转换器，转换的原理如下。
    4 bit二进制补码可以表示从+7～-8之间的任何整数，它们与十进制的对应关系以及希望得到的输出模拟电压如表1所示。

    图4所示的电路中，如果没有接入反相器G和偏移电阻RB，它就是一个4 bit Π型电阻网络D/A转换器，在这种情况下，如果把输入的4 bit代码看作无符号的4 bit二进制数(即全都是正数)，并且取V_REF=-16 V，则输入代码为1111时输出电压V_O=15 V，而输入代码为0000时输出电压V_O=0 V，如表2所示。将表1与表2对照可发现，如果把表2中间一列的输出电压偏移-8 V，则偏移后的输出电压恰好同表1所要求得到的输出电压相同。

    为了得到正、负极性的输出电压，在图4所示的电路中增设了由RB和VB组成的偏移电路；为了使输入代码为1000时的输出电压等于零，只要使IB与此时IΣ的大小相等即可，所以取：
  
    Π型电阻网络双极性输出D/A转换器，电路电阻个数较少、阻值选取方便，又适用于集成电路制作。该方法也易于扩展到8 bit及16 bit的双极性D/A转换器，在电子技术应用领域具有较高的理论与应用价值。
参考文献
[1] 秦曾煌．电工学[M]．北京：高等教育出版社，2001．
[2] 阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2004.
[3] 康华光．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006.