Le DAC R/2nR :convertisseur numérique-analogique à entrée pondérée binaire
Qu'est-ce qu'un circuit DAC R/2nR ?
Le circuit R/2nR DAC, également connu sous le nom d'entrée pondérée binaire DAC, est une variante du circuit d'ampli-op sommateur inverseur. (Notez que les circuits « de sommation » sont parfois également appelés circuits « d'été ».)
Si vous vous en souvenez, le circuit sommateur inverseur classique est un amplificateur opérationnel utilisant une rétroaction négative pour un gain contrôlé, avec plusieurs entrées de tension et une sortie de tension. La tension de sortie est la somme inversée (polarité opposée) de toutes les tensions d'entrée :
Pour un simple circuit de sommation inverseur, toutes les résistances doivent être de valeur égale. Si l'une des résistances d'entrée était différente, les tensions d'entrée auraient différents degrés d'effet sur la sortie et la tension de sortie ne serait pas une somme réelle.
Exemple :Un DAC R/2nR avec plusieurs valeurs de résistance d'entrée
Considérons, cependant, de régler intentionnellement les résistances d'entrée à des valeurs différentes. Supposons que nous devions définir les valeurs de résistance d'entrée à plusieurs puissances de deux :R, 2R et 4R, au lieu de toutes les mêmes valeurs R :
À partir de V1 et en passant par V3 , cela donnerait à chaque tension d'entrée exactement la moitié de l'effet sur la sortie que la tension avant elle. En d'autres termes, la tension d'entrée V1 a un effet 1:1 sur la tension de sortie (gain de 1), tandis que la tension d'entrée V2 a la moitié de cet effet sur la sortie (un gain de 1/2), et V3 la moitié de cela (un gain de 1/4).
Ces ratios n'ont pas été choisis arbitrairement :ce sont les mêmes ratios correspondant aux poids de position dans le système de numération binaire. Si nous pilotons les entrées de ce circuit avec des portes numériques de sorte que chaque entrée soit à 0 volt ou à pleine tension d'alimentation, la tension de sortie sera une représentation analogique de la valeur binaire de ces trois bits.
Si nous traçons les tensions de sortie pour les huit combinaisons de bits binaires (000 à 111) entrées dans ce circuit, nous obtiendrons la progression de tensions suivante :
Notez qu'à chaque étape de la séquence de comptage binaire, il en résulte un changement de 1,25 volt dans la sortie.
Ce circuit est très facile à simuler à l'aide de SPICE. Dans la simulation suivante, j'ai configuré le circuit DAC avec une entrée binaire de 110 (notez les premiers numéros de nœud pour les résistances R1 , R2 , et R3 :un numéro de nœud de "1" le connecte au côté positif d'une batterie de 5 volts, et un numéro de nœud de "0" le connecte à la terre).
La tension de sortie apparaît sur le nœud 6 dans la simulation :
Nous pouvons ajuster les valeurs des résistances dans ce circuit pour obtenir des tensions de sortie correspondant directement à l'entrée binaire. Par exemple, en faisant la résistance de rétroaction 800 Ω au lieu de 1 kΩ, le DAC produira -1 volt pour l'entrée binaire 001, -4 volts pour l'entrée binaire 100, -7 volts pour l'entrée binaire 111, et ainsi de suite.
(avec résistance de retour réglée à 800 ohms) ------ | Binaire | Tension de sortie | ---------------- | 000 | 0,00 V | ------------ | 001 | -1,00 V | ---------------- | 010 | -2,00 V | ------------ | 011 | -3,00 V | ---------------- | 100 | -4,00 V | ------------ | 101 | -5,00 V | ---------------- | 110 | -6,00 V | ------------ | 111 | -7,00 V | ----------------
Si nous souhaitons étendre la résolution de ce DAC (ajouter plus de bits à l'entrée), il suffit d'ajouter plus de résistances d'entrée, en conservant la même séquence de valeurs de puissance de deux :
Il convient de noter que toutes les portes logiques doivent produire exactement les mêmes tensions lorsqu'elles sont à l'état « haut ». Si une porte produit +5,02 volts pour un "haut" alors qu'une autre ne produit que +4,86 volts, la sortie analogique du DAC sera affectée.
De même, tous les niveaux de tension « bas » doivent être identiques entre les portes, idéalement 0,00 volts exactement. Il est recommandé d'utiliser des portes de sortie CMOS et de choisir les valeurs de résistance d'entrée/de retour de manière à minimiser la quantité de courant que chaque porte doit générer ou absorber.
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