8位立体声R-2R DAC，这是正确的方法吗？

我是电气工程的新手，我想做的第一个项目是制造数模转换器。我发现执行此操作的一种好方法是使用R-2R结构进行转换。

我想挑战自我，从电路的数字部分开始，除了我实际上无法在网络上找到任何解决方案来帮助构建它之外。我有一个电路仿真程序并开始设计，同时在网上搜索您可能会使用的所有不同种类的电子产品。

现在，我认为我可能在了解DAC原理附近，但是如果有经验的人可以帮助我检查我是否确实了解它，这将是有帮助的。这是一个合适的地方吗？

如果是这样，这是我设计的电路：

我已经为每个通道使用了带有输出锁存器的移位寄存器，并将Q7S从一个连接到另一个以馈送数据。音频文件以块为单位交替播放左声道和右声道是否正确，反之亦然？例如在8位文件中：左为0010 0111，右为0010 0110？

我在这里使用的移位寄存器是74HC595。当移入位时，所有引脚都不会（立即）处于活动状态。触发锁存器[STCP引脚]时，这些位将从移位寄存器转移到存储寄存器，在那里它们将直接将其值输出到相应的引脚并保持活动状态，直到允许接下来的16位。

然后是晶体，我使用了一个方波信号来模拟具有正确振荡频率的晶体：24,576MHz。它馈入计数器，在该计数器中频率被分频以输出DAC需要的频率。在这种情况下，采样频率必须为192.000kHz，因此移入数据的频率必须为3.02MHz（192.000 x 16位）。192.000kHz时钟速度用于触发STCP。

我要做的下一件事是弄清楚如何通过I2C将来自源（例如Raspberry）的数据加载到DAC的缓冲器中，然后从那里将位时钟输出到您在此处看到的电路中。

如果您认为我的做法正确或不正确，那么告诉我会很有帮助。

谢谢！罗吉尔

顺便说一句，我忘了提到我想构建的DAC在96kHZ时每个通道至少有24位。这种威胁只占用了大量空间，事后添加它们应该不难。这是相同的原则。

• 是的，这正是提出您问题的正确位置。
• 是的，R-2R拓扑结构是制造自制DAC的最简单设计方法（并且我认为是最好的）（无需使用PWM）。
• 至于挑战自己，在我看来，你可能和我一样受虐（对胆量大加赞赏！）。对于初学者来说，这是一个真正涉及的项目。
• 您的R-2R电阻串（可以说是连接的运算放大器）实际上是您的8位DAC

这就是我的想法：

不幸的是，R-2R梯形DAC上的维基百科页面显示R-2R梯形在此应用中用作分流器时是不正确的。R-2R梯形图可用作分压器，但实际上它在这里用作分压器。这是详细的分析。

仅考虑阶梯的LSB：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

无论开关的位置如何，此简单分压器的戴维南电阻均为R。戴维南电压源的值为0V或1/2×Vref。

现在，考虑添加R-2R阶梯的下一阶段时会发生什么：

^{模拟该电路}

您会看到，这与我们在第一种情况下使用的分压器相同，只是电压组合的数量有所增加。但是，该电路的戴维南电阻仍然仅为R，戴维南电压源现在为0 / 4、1 / 4、2 / 4或3/4×Vref。

通过归纳，您可以看到可以在梯形图中添加任意数量的级，唯一的效果是，戴维南电压源值的选择数量对于每个级都乘以2。对于任何数量的级，源电阻均保持完全相同。

如果负载阻抗无限大，则梯形图的输出电压将与戴维南电压完全匹配。但是，如果负载具有某个有限的电阻值，那么唯一的效果就是用戴维南源电阻创建一个分压器，以一定的固定比例缩放输出电压，但对DAC的基本精度或线性度没有其他影响。

请注意，在Rogier的原始电路（问题中的那个）中，运算放大器处于反相配置，这意味着R-2R阶梯的输出直接连接到虚拟地。这意味着输出值实际上是流过Rth的电流（正好是R），并且该电流也流过运算放大器的反馈电阻。运算放大器的输出电压是使这两个电流相等所需的任何电压，并且计算得出-Rfb / R×Vth。由于他使用2R的反馈电阻，因此输出最终为-2×Vth。

R-2R梯形用作分压器还是分流器似乎有些混乱，因此这里是后者如何工作的说明，以显示该电路与OP电路之间的关键区别。

^{模拟该电路}

请注意，流经2R电阻的电流是二进制加权的。之所以可行，是因为从任何三重结向右看的有效电阻也正是2R。因此，从左流的电流总是在下支路和右支路之间平均分配。

请注意，此处的关键假设是所有支路均连接到相同的电压（在这种情况下为零）。有趣的是，结点的电压也是二进制加权的。

可以使用它来构建电流输出 DAC，如下所示：

^{模拟该电路}

该电路中电阻器中的电流与上图完全相同，因为无论每个开关位于哪个位置，相应的电阻器都要么连接到接地电阻器的真实接地端，要么连接到 $\overline{\text{Iout}}$ 总线或虚拟地上 $\text{Iout}$总线。两条总线上的电流总和为Iref。运算放大器可以将输出电流转换为电压，并且电压范围仅为-Iref×R7。