數位類比轉換器

2^N+1個單位電阻，當解析度不斷提升時，龐大的電阻個數使面積倍數的成長，連 帶的製程成本加劇，於高解析電路中，電阻式數位類比轉換器變得不切實際。為 了克服電阻倍數成長的劣勢，一種能減少整體電阻量的架構被提出，如圖 3-25 六位元R-2R 電阻階梯式(R-2R resistance ladder)架構[2]。

圖3-25 R-2R 電阻階梯式架構

3.5.2 電流式數位類比轉換器

採用電流作二進位權重分配之電流式數位類比轉換器可使操作速度大幅提 升[2]，如圖 3-26 所描繪。其中，I 為單位電流量，Bi為數位控制碼，在實際電路 中即為開關之信號，用來掌握匯集至權重電阻 RF 的輸出電流量，當數位控制碼 Bi為 1 時，電流經電阻 RF正常傳輸；反之則斷路。由於電路被動元件要求數目 少，故電流式架構最為節省佈局面積。

I/32 I/16

I/8 I/4

R

out

I/2 I

B

B

B

B

B

B

-

圖3-26 電流式數位類比轉換器

高速運作的電路在開關切換時，容易產生突波(glitch)雜訊的干擾，造成精確 度受影響。若重新建構電流式數位類比轉換器，將電流劃分成高位元的粗略電流 與低位元的精密電流，並在較高的位元以Thermometer 碼的方式輸入，增加電流 的單調性(monotonic)，誤差的情況即可有效的改善。然而，控制電流的方式雖然 轉換速度快，但實際電路受限於電流難以精確的控制與較大耗能的影響，對於 SAR ADC 低功率的設計，電流式數位類比轉換器現今較少使用。

3.5.3 電容式數位類比轉換器

六位元電容式數位類比轉換器[2]如圖 3-27 所描繪，包含六個位元的控制碼 及所對應的二進制電容大小排列，其運作是透過不同比例的電荷轉換來達到數位 類比轉換器的功能。其中，有兩個單位電容為C，其一與最小位元的控制碼 B1

圖3-27 電容式數位類比轉換器

連接，隨著開關的切換，產生最小的位階量。另一單位電容用來維持正確的電壓 量，使電路運作時不破壞二位元權重之規則。一般 N 位元解析度的電容式數位類 比轉換器，所需的總電容數目為 2^N個單位電容，每一個輸出位階可表示為(3-11) 式，當數位碼Bi為1 時，開關導通，參考電壓 Vref與電容相連接。

1 2 1

2 1

( ... )

2 2 2 2

N N

out ref N N

B B B B

V =V ⋅ + ⁻ + ₋ + (3-11)

圖3-28 為一個八位元解析度的電容式數位類比轉換器的暫態模擬。其中，參 考電壓 Vref給定0.9-V，根據第一個相位的輸出電壓值 Vout為0.45-V，可推斷出輸 入的數位碼是100000002，第二個數位碼是010000002，其餘信號也可如此類推。

Time (s)

Volt (V)

圖3-28 電容式數位類比轉換器暫態模擬

電容式數位類比轉換器同時具有信號取樣的功能，對於SAR ADC 的實現，

可節省取樣保持電路的設計。另外，由於電容的元件特性有濾波的作用，可阻隔 微弱雜訊的干擾，其製程的精確度與元件匹配性也較電阻佳，故現今電容式數位 類比轉換器廣泛被使用在中高解析度的電路架構。