運(yùn)算放大器如何通過(guò)增加電壓基準(zhǔn)來(lái)轉(zhuǎn)換單極性DAC以提供雙極性工作

本應(yīng)用筆記探討了如何從通用單電源單極性數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）產(chǎn)生高壓，高電流，高性能雙極性輸出。在這種情況下，模擬IC的行業(yè)趨勢(shì)趨向于單電源數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），本文說(shuō)明了外部運(yùn)算放大器如何通過(guò)增加電壓基準(zhǔn)來(lái)轉(zhuǎn)換單極性DAC以提供雙極性工作。和所需的電阻器。

走非常規(guī)路線

“上下樓梯”一詞來(lái)自同名電影，戲劇和書(shū)籍。這是一部以紐約市一所學(xué)校為基礎(chǔ)的喜劇。標(biāo)題使人想起了一條規(guī)則，即懲罰學(xué)生走上預(yù)留下來(lái)的樓梯的懲罰。對(duì)于年輕人來(lái)說(shuō)，爬樓梯或下降的自動(dòng)扶梯總是一個(gè)很大的誘惑。有人可能會(huì)說(shuō)孩子在“跳出框框思考”或違反規(guī)矩，也許他是。顯然，他正在挑戰(zhàn)常規(guī)流程中的預(yù)期或強(qiáng)制流程。他還展示了如何通過(guò)非常規(guī)的路線大膽地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。這里給我們的工程師們上了一課。

有時(shí)，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)模擬電路時(shí)，設(shè)計(jì)“元素”只是不想放在一起。該解決方案似乎異常難以捉摸。例如，當(dāng)我們需要單極性DAC的雙極性輸出時(shí)。當(dāng)今行業(yè)的趨勢(shì)是朝著更小，更低功耗和更高性能的設(shè)備發(fā)展，這在解決解決方案問(wèn)題時(shí)非常出色。但是，同樣的低壓?jiǎn)螛O性DAC無(wú)法直接在高性能，高壓，大電流或雙極性應(yīng)用中運(yùn)行。任何其他電路都不得降低DAC的性能。在這種情況下，是時(shí)候上自動(dòng)扶梯，嘗試一些不同的事情了。我們向您展示了如何通過(guò)添加高壓運(yùn)算放大器來(lái)從單極性DAC產(chǎn)生雙極性輸出。

修改“理想的”單極性DAC

下面顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的雙極性輸出電路。它包含一個(gè)單極性DAC，一個(gè)精密基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)精密運(yùn)算放大器。

典型的雙極性輸出工作電路。

該電路的輸出功能可以通過(guò)對(duì)理想運(yùn)算放大器進(jìn)行兩個(gè)常見(jiàn)假設(shè)得出：

輸入運(yùn)算放大器電流為0。

在穩(wěn)定條件下，V +輸入等于V-輸入。

根據(jù)基爾霍夫（Kirchhoff）的當(dāng)前定律，V節(jié)點(diǎn)的等式為：

實(shí)際上，我們已經(jīng)推導(dǎo)了一個(gè)差分放大器的方程，其中第一個(gè)元素是同相輸入，第二個(gè)元素是反相分量，每個(gè)都有其增益。

針對(duì)實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化“理想” DAC

如我們所見(jiàn)，轉(zhuǎn)換理想的單極性DAC很容易。但是，我們生活在沒(méi)有理想的現(xiàn)實(shí)世界中。圖1中的每個(gè)組件都有其自己的精度水平，這共同有助于DAC的最終輸出精度。必須對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行特性分析和校準(zhǔn)，以達(dá)到應(yīng)用要求的精度。因此，即使您可能選擇高精度的16位DAC，也應(yīng)特別注意選擇適當(dāng)?shù)碾妷夯鶞?zhǔn)，放大器和反饋電阻。哪個(gè)成分是最不準(zhǔn)確的因素？哪些參數(shù)對(duì)雙極性應(yīng)用最關(guān)鍵？這些既不是簡(jiǎn)單的問(wèn)題，也不是瑣碎的問(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)不足的工程師可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使是簡(jiǎn)單的電阻器也可能對(duì)該設(shè)計(jì)修改非常關(guān)鍵。

使非常規(guī)實(shí)用—所需的雙極性DAC

單極性，16位，無(wú)緩沖DAC可以通過(guò)添加外部精密運(yùn)算放大器來(lái)執(zhí)行雙極性操作。這種配置的兩個(gè)例子是16位MAX542和MAX5442 DAC，它們使用集成的0.015％（最大）匹配縮放電阻RFB和RINV，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的雙極性輸出擺幅（圖2）。

這些16位DAC使用外部運(yùn)算放大器來(lái)提供雙極性輸出。

這些DAC的使用消除了輸出緩沖器的重復(fù)，節(jié)省了PCB面積，并為我們的客戶提供了易于使用且具有成本效益的解決方案。

編輯：hfy