■3bit MOSFET-DACの製作
■概略
注:この記事はDACチップを買ってきて基板を作る記事でも無ければ、マイコンチップに簡単につなげることのできるDACを作ろうという記事ではございません。わざわざデジタル用MOSFETでカレントミラーを用いて、手でアセンブリするには割に合わない作業として心得て、設計・製作を行っています。
作ってみたけど、でかいよ!とかLSB悪いとか、なんでバイポーラでつくらへんねん、部品入手等不便やろとか言う苦情は一切受付ませんのであしからず。

CMOS-DACって最近見かけますが、あれってどうなっているのかなぁ、とちょっとだけ不思議に思っていたのですが、ADC・DACの本を入手して、簡単な動作原理を知りました。
wwwでDACの製作記事を読むと、Rラダーが中心ですね。
そこで、へそ曲がりな私は、ただ薬袋という理由だけで、MOSFETのラダー方式を採用し、組んでみました。
今回の製作においても使用するMOSFETはデジタル小信号用MOSFET 2SK1132です。

■回路図

2^n(n:整数)桁上がり分のカレントミラー用トランジスタがDACのビットが増えるごとに必要となるのがこの回路の欠点です。IC集積化の場合は特に問題にならないのでしょうけど(面積増大ちゅーのはあるな)。まあ、IV特性で電流がちょうど2倍流れるトランジスタとかを買ってくればいいのでしょうけど、この世の中それほど甘くないと思います。
基本的にはカレントミラーなので、リファレンスカレントさえ外さなければ、低ビットに限り楽でしょう。ビット数が上がるとMOSFETの数が1-2-4-8-・・・)となり破綻します。
電流の加算点(抵抗の下の電位)が出力点です。

■製作

特に気をつけることは・・・秋月C基板で3bitは結構ギリギリでした。本当はPMOSカレントミラーで微調整できるようにしたかったのですが無理でした。あと、変換元のデジタル信号は、AVRマイコンとAVR-GCCを用いています。0から1ずつインクリメントしたものをAVRマイコンのIOポートに直接出力するという簡単な物です。書き込みは秋月のAVR書き込みボードを使用しています。


■波形
下図にこのDACの波形を示します。

このOsziFoxというペン型オシロの解像度ギリギリの波形です。うーん、そろそろキチンとしたオシロが欲しいなぁ・・・100mV単位ぐらいで階段状になっているようですね・・・ちょっと手計算からは大幅に(汗)どうもリファレンスカレントミラーで電流を流しすぎているような感じがします。でも、調整したところこれが一番綺麗な波形っぽいので・・・なにかしらこの設計には問題があるのでしょう。
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霧沢 潤(ccho-fx@[スパムよけ]erex.sakura.ne.jp)