采用乘法DAC 移動應用也非常合適

你也許知道，某些 DAC 包含可在輸出端生成基準電壓的 R2R 網(wǎng)絡。這些電阻都是精密電阻。它們通常用來根據(jù)發(fā)送到 DAC 的數(shù)字值切換電流，從而在輸出放大器端產生一個電壓。采用乘法 DAC 時，并未集成輸出放大器。這就有可能實現(xiàn)某些非常規(guī)應用，并將 R2R 網(wǎng)絡用作一個電阻。

感興趣嗎?今天就有請 ADI 醫(yī)療健康行業(yè)客戶的現(xiàn)場應用工程師經理 Thomas Tzscheetzsch 為您講解“乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的應用”。

大多數(shù) DAC 采用固定的正基準電壓工作，輸出電壓或電流與基準電壓和設定的數(shù)字碼的乘積成比例。而對于所謂的乘法數(shù)模轉換器(MDAC)，情況并非如此，其基準電壓可以變化，變化范圍通常是±10V。因此，通過基準電壓和數(shù)字碼可以影響模擬輸出(在這兩種情況下都是動態(tài)的)。

應用

借助相應的接線，模塊可以輸出放大、衰減或反轉的信號(相對于基準信號而言)。因此，其應用領域包括波形發(fā)生器、可編程濾波器和 PGA(可編程增益放大器)，以及其他必須調整失調或增益的很多應用。

圖 1 顯示了一個帶下游放大器的 14 位 MDAC AD5453 ，放大器可根據(jù) DAC 的編程數(shù)字碼放大或削弱信號。

電路計算

該電路的輸出電壓 (VOUT) 計算如下：

除了增益和 DAC 的設定數(shù)字碼 D 之外，輸出電壓還受運算放大器電源電壓的影響或限制。在所示情況下， ADA4637-1 放大器的電源電壓為±15 V 電壓，應輸出 ±12V 的最大電壓，因此其控制范圍足夠大。增益由電阻 R2 和 R3 確定：

所有電阻(R1 至 R3)應具有相同的電阻溫度系數(shù) (TCR)，但不一定要與 DAC 內部電阻的 TCR 相同。電阻 R1 用于根據(jù) R 2 和 R3 及以下關系調整 DAC 內部電阻 (RFB)：

選擇電阻時，必須確保運算放大器在最大輸入電壓時仍處于工作范圍內( DAC 可以在 VREF 下處理 ±10 V)。還應注意，放大器的輸入偏置電流 (IBIAS) 會被電阻( RFB + R2|| R3)放大，這對失調電壓有相當大的影響。選擇具有超低輸入偏置電流和超低輸入失調電壓(依據(jù)數(shù)據(jù)手冊)的運算放大器 ADA4637-1 正是基于這個原因。為了防止閉環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或所謂的響鈴振蕩，在 IOUT 和 RFB 之間插入 4.7 pF 電容;特別推薦將這一做法用于快速放大器。

如前所述，放大器的失調電壓會被閉環(huán)增益放大。當設置增益的外部電阻發(fā)生改變，變化值對應于數(shù)字步長時，此值會增加到期望值上，產生微分非線性誤差。如果它足夠大，可能會導致 DAC 行為非單調。為避免這種效應，有必要選擇低失調電壓和低輸入偏置電流的放大器。

相比其他電路的優(yōu)勢

原則上，如果允許使用外部基準電壓源，那么也可以使用標準 DAC，不過標準 DAC 與 MDAC 之間有一些重大區(qū)別。標準 DAC 的基準輸入只能處理幅度有限的單極性電壓。除幅度外，基準輸入帶寬也非常有限。這在數(shù)據(jù)手冊中用乘法帶寬值表示。以 AD5664 16 位 DAC 為例，該值為 340 kHz。乘法 DAC 的基準輸入可以使用雙極性電壓，其也可以高于電源電壓。帶寬同樣高得多—— AD5453 的典型帶寬為 12 MHz。

結語

乘法數(shù)模轉換器的使用不是那么廣泛，但其提供了許多可能性。除了高帶寬的自制 PGA 以外，移動應用也是非常合適的應用，因為其功耗要求低于 50 μW。