"R-2R梯:它是什么以及你需要一个!"

那么什么是R-2R梯子?

嗯,它只是一个巧妙的一组电阻,为您提供将二进制信号转换为模拟输出电压的独特动作。它通过叠加原理工作,其中开启二进制输入在输出时增加了更多电压。

这里是一个示出二进制输入和模拟输出的图。

上面的梯形图只有4位,但是您可以将其扩展到任何长度(限制因子是电阻的准确性)。

使用梯形网是创建8位DAC(数字到模拟转换器)的常用方式,因为每个控制位有助于二进制加权输出电压。然而,对于高度精确的DAC,电阻器将被激光修剪并位于芯片内部。  

梯子仍然是一个有用的构造,因为你可以创造一个非常便宜的8位DAC,如果你不是太担心的准确性(使用1%电阻会允许相当好的输出)。 

它是如何运作的:R-2R梯子分析

它使用Kirchhoffs现行法律,指出了这一总和 进入节点的电流必须等于电流的总和 离开节点。在梯形图中,在每个节点处,电流被分割 一半。通过将电流切换到每个节点的总数 电流流动是二进制加权。

使用叠加原理在电阻中添加更多电流时,出现的总电压是由所有单独电流引起的电压之和。当每个比特被激活,因此电压在输出处增加。 

关于R-2R阶梯的另一个聪明的事情,以及它有效的原因 如果你留下左边,你总是看到 same impedance:

Thévenin等效电路

使用Thévenin.'S定理,您可以计算电压 每位的贡献。一个Thévenin电路是 相当于电阻和电压源的网络(和电流 来源)。您可以用Thévenin替换网络 等效电路,它将与之完全相同的方式工作 original network.

使用Thévenin定理更换带有短路的所有电压源以及带开路电路的所有电流源 - 计算 抵抗袭口为Thévenin 抵抗力。对于Thévenin电压计算NO load output voltage.

如果位3处于活动状态(MSB),则贡献: 

如果位2处于活动状态(MSB): 

 如果位1处于活动状态(MSB),则贡献:

当每个比特激活时,它将二进制加权电压贡献到输出VO。

R-2R梯子使用

这些是两个主要用途。可能更多的是您可以使用它。

DAC(数字到模拟转换器)

正如我之前所描述的那样,二进制加权电阻梯的主要用途是数字化与模拟转换为DAC。

多个按键检测器

另一种有用和相关的功能是实现将模拟电压的密钥检测器用于微控制器内的ADC引脚。

该键输入方法的主要优点是,由于每个键连接到梯形图的一个控制引脚,因此每个输入密钥产生二进制加权电流,因此产生二进制加权输出电压。 

这意味着即使它们与另一个键的同时按下,也可以确定已按下的一组密钥。

注意:使用1%电阻确保梯子正常工作。

可实现的线性度/准确性的实际限制。

根据美国专利: 7362253 

"利用R2R梯子的D / A转换器的实用电路实现为1)以二进制加权方式缩放开关尺寸,2)将MSBS解码成电阻值R的段。即使使用这些技术,也是最佳的D / A转换器仍然存在只能达到12到13位线性精度。" (in a 16 bit DAC).

从: http://www.freepatentsonline.com/7362253.html

实施注释

R2R梯形图是当前操作装置,因此二进制输入可以直接连接到分立装置或微控制器的端口的输出。

当接口引用的梯形图具有设置为0V的输入位时,没有电流流动,因此它不会导致输出并相反,应用+ V时的电流流动。

此外,当使用梯子作为多键压探测器时,您只能将(按钮)连接到+ v(电流流量),并无需连接零(无电流)。

R2R梯子运营总结

摘要:它产生二进制加权输出电流,即通过叠加成为二进制加权电压。

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