電荷重新分配DAC,電荷重新分配DAC原理是什么?

DAC的發展經歷了從電子管、晶體管到集成電路的發展過程，早期的DAC采用電子管組裝而成。進入五十年代中期，晶體管的出現并成熟應用，使得DAC進入晶體管時代。從六十年 代中期開始，構成DAC和ADC的主要功能單元電路——如運算放大器、基準電壓源、電壓比較器、電阻網絡、模擬電子開關和邏輯控制電路等，己陸續實現集成化，特別是集成化運算放大器已開始進入大規模工業生產階段。在此基礎上人們逐摒棄了完全由分立元、器件組裝DAC和ADC的傳統方法，開始選用那些現成的具有某種單一功能的集成電路——如集成化運算放大器、邏輯集成電路、集成電壓比較器或集成基準電壓源等集成電路單元，并外加一些必要的元、器件，來組裝DAC和ADC。這種結構形式的數據轉換器，與完全由分立元、器件組裝的轉換器相比在一定程度上簡化了組裝結構。無論 是 完 全由分立元、器件組裝的數據轉換器，還是由集成電路單元附加許多分立元、器件組裝的數據轉換器，都被稱為組件型轉換器。其中，前者被稱為第一代組件型數據轉換器，而后者被稱為第二代組件型數據轉換器。顯然，第二代組件型數據轉換器是全集成化數據轉換器的先聲。在第 二 代 組件型數據轉換器發展的同時，出現了混合集成電路型轉換器(也叫混合型轉換器)。與其他許多混合型模擬集成電路一樣，混合型集成轉換器是把分立的晶體管(或者單片集成的具有基本功能的單元電路，或者單片集成的低位轉換器)粘貼在絕緣襯底上，再通過薄膜或者厚膜技術，在同一絕緣襯底上制作電阻、電容和金屬互連線，從而構成具有完整功能的轉換器。常見的混合型集成轉換器都是采用薄膜技術構成的。 1971年誕生了第一塊全集成DAC，它的出現標志著數據轉換器真正達到了工業化大批量生產的階段，擺脫了精心挑選轉換器中元、器件的麻煩，從而大大降低了成本，提高了可靠性。此后，數據轉換器得到迅速發展。新的設計思想、新的制作工藝和新的種類不斷增加，性能不斷提高。工藝上，不但雙極型器件的工藝進一步得到改進，使雙極型轉換器內部的邏輯電路可采用高速的ECL電路或者高集成度的I2L電路，而且增加了MOS工藝，特別是CMOS工藝，使得DAC的集成度和功耗都有很大的改進。

基本原理：

電荷型DAC是通過在電容陣列中重新分配總的電荷來進行工作的。它的結構如圖所示:

如圖中所示，電荷型DAC正常工作需要一不交疊的兩相時鐘。在Ф2時刻，所有電容的上下極板接地，對地進行放電。接著，在Ф1時刻，所有輸入為“1'的位所控制的開關連接到基準電源UR上，而所有輸入為“0”的位所控制的開關連接到地上。此時連接到UR上的總電容為:

連接到地上的總電容為:

其中B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I為數字輸入，此時，電壓輸出為:U0=(B02-n+ B12-n+1 +…+B02-I)UR，實現了數模轉換的功能。電荷型DAC的優點是精度教高，但是卻有著面積大，對寄生電容敏感等缺點，而且還需要兩相時鐘，增加了設計制造的復雜度。除了上述的幾種比較經典傳統的DAC結構外，現在還出現了∑-△DAC和帶有自校準電路的DAC等。隨著工藝和技術水平的不斷提高，DAC的性能，精度和速度等都得到了大幅度的提高。