A string of many, often equally dimensioned, resistors connected between two reference voltages is a resistor string ladder network. The resistors act as voltage dividers between the referenced voltages. Each tap of the string generates a different voltage, which can be compared with another voltage: this is the basic principle of a flash ADC (analog-to-digital converter). Often a voltage is converted to a current, enabling the possibility to use an R–2R ladder network.
Disadvantage: for an n-bit ADC, the number of resistors grows exponentially, as 2^n-1 resistors are required, while the R–2R resistor ladder only increases linearly with the number of bits, as it needs only 2n resistors.
Advantage: higher impedance values can be reached using the same number of components.
String resistor ladder network (analog to digital conversion, or ADC)
A resistor ladder is an electrical circuit made from repeating units of resistors. Two configurations are discussed below, a string resistor ladder and an R–2R ladder.
An R–2R Ladder is a simple and inexpensive way to perform digital-to-analog conversion, using repetitive arrangements of precise resistor networks in a ladder-like configuration. A string resistor ladder implements the non-repetitive reference network.
R–2R resistor ladder network (digital to analog conversion, or DAC)[edit]
Figure 1: n-bit R–2R resistor ladder
A basic R–2R resistor ladder network is shown in Figure 1. Bit an−1 (most significant bit, MSB) through bit a0 (least significant bit, LSB) are driven from digital logic gates. Ideally, the bit inputs are switched between V = 0 (logic 0) and V = Vref (logic 1). The R–2R network causes these digital bits to be weighted in their contribution to the output voltage Vout. Depending on which bits are set to 1 and which to 0, the output voltage (Vout) will have a corresponding stepped value between 0 and Vref minus the value of the minimal step, corresponding to bit 0. The actual value of Vref (and the voltage of logic 0) will depend on the type of technology used to generate the digital signals.[1]
For a digital value VAL, of a R–2R DAC with N bits and 0 V/Vref logic levels, the output voltage Vout is:
Vout = Vref × VAL / 2N.
For example, if N = 5 (hence 2N = 32) and Vref = 3.3 V (typical CMOS logic 1 voltage), then Vout will vary between 0 volts (VAL = 0 = 000002) and the maximum (VAL = 31 = 111112):
max Vout = 3.3 × 31 / 25 = 3.2 volts
with steps (corresponding to VAL = 1 = 000012)
ΔVout = 3.3 × 1 / 32 = 0.1 volts.
The R–2R ladder is inexpensive and relatively easy to manufacture, since only two resistor values are required (or even one, if R is made by placing a pair of 2R in parallel, or if 2R is made by placing a pair of R in series). It is fast and has fixed output impedance R. The R–2R ladder operates as a string of current dividers, whose output accuracy is solely dependent on how well each resistor is matched to the others. Small inaccuracies in the MSB resistors can entirely overwhelm the contribution of the LSB resistors. This may result in non-monotonic behavior at major crossings, such as from 011112 to 100002. Depending on the type of logic gates used and design of the logic circuits, there may be transitional voltage spikes at such major crossings even with perfect resistor values. These can be filtered with capacitance at the output node (the consequent reduction in bandwidth may be significant in some applications). Finally, the 2R resistance is in series with the digital-output impedance. High-output-impedance gates (e.g., LVDS) may be unsuitable in some cases. For all of the above reasons (and doubtless others), this type of DAC tends to be restricted to a relatively small number of bits; although integrated circuits may push the number of bits to 14 or even more, 8 bits or fewer is more typical.
Resistor ladder with unequal rungs[edit]
Figure 2: 4-bit linear R–2R DAC using unequal resistors
It is not necessary that each "rung" of the R–2R ladder use the same resistor values. It is only necessary that the "2R" value matches the sum of the "R" value plus the Thévenin-equivalent resistance of the lower-significance rungs. Figure 2 shows a linear 4-bit DAC with unequal resistors.
This allows a reasonably accurate DAC to be created from a heterogeneous collection of resistors by forming the DAC one bit at a time. At each stage, resistors for the "rung" and "leg" are chosen so that the rung value matches the leg value plus the equivalent resistance of the previous rungs. The rung and leg resistors can be formed by pairing other resistors in series or parallel in order to increase the number of available combinations. This process can be automated.
สาย หลายคนมักจะเท่ากัน dimensioned resistors ที่เชื่อมต่อระหว่างสองอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าเป็นแบบเชือกบันไดเครือข่าย ตัวต้านทานเป็นแรงดันไฟฟ้าวงเวียนระหว่างที่อ้างอิงนั้น แต่ละแตะเชือกสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับแรงดันไฟฟ้าอื่น นี้เป็นหลักการพื้นฐานของแฟลช ADC ( งูปล้องทอง )มักจะมีแรงดันไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นกระแสให้ความเป็นไปได้ที่จะใช้ R ( 2R บันไดเครือข่าย
ข้อเสีย : เป็น n-bit ADC , จํานวนของตัวต้านทานเติบโตชี้แจง เป็น 2
N - 1 ตัวจะต้อง ในขณะที่ R ( 2R ตัวต้านทานบันไดเพิ่มตามจำนวนของบิต มันต้องการ เพียงตัวต้านทาน 2 .
ประโยชน์ :ค่าอิมพีแดนซ์สูงสามารถเข้าถึงได้โดยใช้หมายเลขเดียวกันขององค์ประกอบเครือข่ายตัวต้านทานบันไดเชือก
( อะนาล็อกเพื่อการแปลงดิจิตอล หรือ ADC ) : ตัวต้านทานบันไดเป็นวงจรไฟฟ้าที่ทำจากย้ำหน่วยของตัว สองแบบมีการกล่าวถึงด้านล่าง , สตริงตัวต้านทานบันไดและ R )
2R บันไดR - 2R บันไดเป็นวิธีที่ง่ายและราคาไม่แพงเพื่อแสดงดิจิตอลเพื่อแปลงอนาล็อก , การใช้ซ้ำของเครือข่ายแบบชัดเจนขึ้นในบันได เช่น การตั้งค่า สตริงใช้ตัวต้านทานบันไดไม่ซ้ำอ้างอิงเครือข่าย .
R ( 2R ตัวต้านทานบันไดเครือข่ายดิจิตอลเพื่อแปลงอนาล็อกหรือ DAC ) [ แก้ไข ]
รูปที่ 1 : n-bit R -
2R ตัวต้านทานบันไดพื้นฐานและตัวต้านทาน R 2R บันไดเครือข่ายที่แสดงในรูปที่ 1 บิตเป็น− 1 ( สําคัญมากที่สุดบิต MSB ) ผ่านบิตขนาด A0 ( Least Significant บิต LSB ) จะถูกขับเคลื่อนจากประตูตรรกะดิจิตอล ใจกลาง เล็กน้อยกระผมจะเปลี่ยนระหว่าง V = 0 ( ตรรกะ 0 ) และ v = vref ( ตรรกะ ( 1 ) R - 2R เครือข่ายสาเหตุบิตดิจิตอลเหล่านี้จะหนักในส่วนของแรงดัน vout .ซึ่งขึ้นอยู่กับบิตถูกตั้งค่าเป็น 1 และที่ 0 , แรงดัน ( vout ) จะมีค่าระหว่าง 0 ที่ก้าว vref ลบค่าของขั้นตอนที่น้อยที่สุดที่สอดคล้องกับบิต 0 มูลค่าที่แท้จริงของ vref ( และแรงดันไฟฟ้าของตรรกะ 0 ) จะขึ้นอยู่กับประเภทของเทคโนโลยีที่ใช้ในการสร้างสัญญาณแบบดิจิตอล [ 1 ]
สำหรับดิจิตอลค่าเจ๊ของ R - 2R DAC ด้วยบิต 0 v / vref ระดับตรรกะ แรงดัน vout :
vout = vref ×วาล / 2N .
ตัวอย่างเช่นถ้า n = 5 ดังนั้น 2n = 32 ) และ vref = 3.3 V ( ปกติ CMOS แรงดันลอจิก 1 ) แล้ว vout จะแตกต่างกัน ระหว่าง 0 โวลต์ ( วาล = 0 = แสน 2 ) และสูงสุด ( วาล = 31 = 11111 2 ) :
แม็ก vout = 3 × 31 / 25 = 3.2 โวลต์
ด้วยขั้นตอน ( สอดคล้องกับวาล = 1 = 000012 )
Δ vout = 3 × 1 / 32 = 01 โวลต์
R - 2R บันได ราคาไม่แพงและค่อนข้างง่ายในการผลิตตั้งแต่เพียงสองค่าความต้านทานจะต้อง ( หรือแม้แต่หนึ่งถ้า r เป็นโดยการวางคู่ของ 2R ขนาน หรือถ้ายกสองถูกสร้างโดยการวางคู่ของ R ในชุด ) มันเป็นไปอย่างรวดเร็วและมีการแก้ไขค่า output R . R ( 2R บันไดนี้สายวงเวียนในปัจจุบันที่มีความถูกต้อง ออก เป็น แต่เพียงผู้เดียวขึ้นอยู่กับวิธีการของแต่ละแบบ จะจับคู่กับคนอื่น ข้อผิดพลาดเล็ก ๆใน MSB ตัวทั้งหมดสามารถทำให้ผลงานของ LSB ตัว ซึ่งอาจจะส่งผลให้พฤติกรรมที่ไม่เนื่องข้ามสาขา เช่น จาก 011112 เพื่อ 100002 . ขึ้นอยู่กับชนิดของประตูที่ใช้ตรรกะและการออกแบบวงจรลอจิก ,อาจจะมีการเปลี่ยนแรงดัน spikes ที่ข้ามสาขา เช่นแม้แต่กับค่าความต้านทานที่สมบูรณ์แบบ เหล่านี้สามารถกรองกับความจุที่เอาท์พุทโหนด ( ลดจากแบนด์วิดธ์อาจจะแตกต่างกันในบางโปรแกรม ) ในที่สุดความต้านทาน 2R คือในชุดกับความต้านทานเอาต์พุตดิจิตอล ประตูภายในผลผลิตสูง ( เช่น LVDS ) อาจจะไม่เหมาะสมในบางกรณีสำหรับทุกเหตุผลข้างต้น ( และแน่นอนอื่น ๆ ) , DAC ชนิดนี้มีแนวโน้มที่จะถูก จำกัด เป็นจำนวนที่ค่อนข้างเล็กของบิต ; แม้ว่าวงจรรวมอาจผลักดันจำนวนบิตเป็น 14 หรือมากกว่า 8 บิตหรือน้อยกว่าเป็นปกติมากขึ้น .
ตัวต้านทานบันไดที่มีไม่เท่ากัน rungs [ แก้ไข ]
รูปที่ 2 : 4-bit เชิงเส้นและใช้ตัวต้านทาน R DAC
2R ที่ไม่เท่ากันมันไม่จำเป็นว่า แต่ละ " รุ่ง " ของ R - 2R บันไดใช้ตัวต้านทานชนิดเดียวกันค่า มันเป็นเพียงที่จำเป็นว่า " 2R " ค่าตรงกับผลรวมของ " R " มูลค่าบวก th é venin ความต้านทานสมมูลของ rungs ความสำคัญลดลง รูปที่ 2 แสดง 4-bit DAC ตัว
เส้นไม่เท่ากันนี้จะช่วยให้เด็กที่ถูกต้องเหมาะสมจะถูกสร้างขึ้นจากคอลเลกชันที่แตกต่างกันของตัวต้านทาน โดยสร้างเด็กหนึ่งบิตในเวลา แต่ละขั้นตอนที่ตัวต้านทานสำหรับ " รุ่ง " และ " ขา " จะถูกเลือกเพื่อให้รุ่งค่าตรงกับขามูลค่าบวกกับความต้านทานสมมูลของ rungs ก่อนหน้ารุ้งและขาของตัวต้านทานตัวต้านทานสามารถเกิดขึ้นโดยการจับคู่อื่น ๆในชุดหรือแบบขนานเพื่อเพิ่มจำนวนของชุดค่าผสมพร้อมใช้งาน กระบวนการนี้ได้โดยอัตโนมัติ
การแปล กรุณารอสักครู่..
