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D/Aコンバータとは? 基本形1(デコーダ方式)

デジタル値を一度変換してから回路に渡す場合をデコーダ方式と呼びます。

デコーダ方式 - 図1

【抵抗分圧方式DAC例】

もっとも簡単なDACで、抵抗ストリングと呼ぶ場合もあります。
下図は3bitの分解能(Resolution)のDACで、抵抗で分圧し、スイッチで一箇所を選択するという方式です。
抵抗値を小さくし、後段のバッファアンプを高速にすれば、それなりの高速動作が可能となりますが、高分解能ではスイッチの寄生容量のため動作速度が低下します。
長所は線形性に優れ、原理上、単調増加性が必ず保証されます。
短所は分解能に応じて、回路規模が指数関数的に上昇することです。
3bitで8つの抵抗とスイッチ、4bitで16個の抵抗とスイッチ…10bitでは1024個の抵抗とスイッチが必要になります。

【抵抗分圧方式DAC例】 - 図1

【2段 抵抗分圧方式DAC例】

抵抗分圧型DACを、2段構成にしたものです。
下図は6bit分解能のDACで、1段目(左)で、Vref-GND間の抵抗の1つの両端を選びます(図では上から3つ目の抵抗の両端を選んでいる)。
2段目(右)では、その電圧をさらに分圧して、細かい分解能を得ます。
長所は、1段構成に比べて回路規模を抑えられることで、6bitのDACを構成するのに必要な抵抗/スイッチは、16個/18個に抑えられます(抵抗分圧方式の場合、どちらも64個必要)。
段数を増やすごとにアンプの2個追加が必要になるので、抵抗/スイッチの減らせる量との兼ね合いで選びます。
短所は、DACとしての特性を悪化させる要因が増えることです。
例えばスピードに関しては、アンプ2つ分遅れることになります。
出力電圧の精度については、アンプ2段分のオフセットを持つ可能性が生まれます。

【2段 抵抗分圧方式DAC例】- 図1

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