當前DAC的典型架構(gòu)及其具體應(yīng)用

本應(yīng)用筆記討論了當前DAC的典型架構(gòu)及其具體應(yīng)用。本文還討論了如何選擇它們來調(diào)節(jié)/裕量調(diào)節(jié)電源電壓、偏置PIN二極管、控制可調(diào)諧激光發(fā)射器以及半導(dǎo)體光放大器（SOA）的增益和衰減

介紹

電子設(shè)備的全球使用對DAC提出了很高的要求，以將數(shù)字系統(tǒng)連接到模擬世界（如光纖通信網(wǎng)絡(luò)）、偏置光電二極管或?qū)δM設(shè)備（如電源）進行數(shù)字控制，以精確地提供從極低微安到數(shù)百毫安的穩(wěn)定、高分辨率電流。DAC的輸出級可以設(shè)計為提供電壓或電流輸出。本應(yīng)用筆記討論了電流輸出類型及其預(yù)期應(yīng)用。

當前 DAC 架構(gòu)

什么是數(shù)字轉(zhuǎn)換器？

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（也稱為DAC或D/A轉(zhuǎn)換器）是一種將數(shù)量的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換為離散模擬值的電子設(shè)備。DAC的輸入通常是數(shù)字二進制代碼。該代碼與已知基準電壓一起，在DAC輸出端產(chǎn)生電壓或電流。理解“分立”一詞非常重要，因為DAC無法提供連續(xù)時間輸出信號。取而代之的是，它提供了模擬“步驟”。這些步驟可以進行低通濾波以獲得連續(xù)信號。通過提高DAC的分辨率，可以增加離散步驟的數(shù)量，并減小步長（從而減小量化誤差）。此操作產(chǎn)生的信號與連續(xù)時間信號非常接近。

圖1顯示了典型的電流DAC架構(gòu)。該電流DAC由一系列R-2R電阻和開關(guān)組成。當接口數(shù)字輸入代碼被命令時，內(nèi)部2R橋腳電阻相應(yīng)定向至V裁判或通過開關(guān)接地。通過負載的輸出是電流，其值與V成正比裁判/2n.其中 n 是所選交換機的數(shù)量。

圖1.典型電流DAC架構(gòu)。

DS4402電流轉(zhuǎn)換器

圖2所示為DS4402/DS4404電流DAC的功能框圖。

DS4402/DS4404分別為2I和4I2分別為C可調(diào)電流DAC。每個器件都可以吸收或提供電流。每個輸出具有 31 個灌電流和 31 個源設(shè)置，由 I 控制2C接口，和外部電阻RFS0到 R.CSV設(shè)置每個輸出的滿量程范圍和步長。

圖2.DS4402/DS4404電流DAC功能框圖

DS4402/DS4404的應(yīng)用

DS4402/DS4404可以吸收和拉出高達±2mA的電流，使其成為電源調(diào)節(jié)、電源裕量調(diào)節(jié)和可調(diào)吸電流或拉電流等應(yīng)用的理想電流DAC。

圖3所示為DS4402/DS4404用于控制電源輸出電壓的原理圖，裕量±20%。可調(diào)電源具有 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓 V外， 2.0V 和一個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器反饋電壓 VFB，為 0.8V。

R 的值0安和 R0B電阻器確定如下：

VFB = VOUT × R / (R0A + R0B)

其中，VOUT = 2.0V and VFB = 0.8V

將等式2中的VOUT和VFB代入等式1，得到等式3。

0.8 = 2.0 × R0B / (R0A + R0B)

重新排列等式 3 得到等式 4。

R0A = 1.5 × R0B

選擇我出0為0.8mA，大約是DS4402/DS4404的中端源電流和灌電流。

從圖 3 中，IOUT0 = I0A – I0B

另外，從圖 3 中，I0B= VFB, 10B

I0A = (VOUT – VFB) / R0A

將等式 4、6 和 7 代入等式 5，得到以下等式 8。

R0B = [(VOUT – VFB) / 1.5 – VFB] / IOUT0

要實現(xiàn) 20% 的電源電壓裕量，請設(shè)置 VOUT為2.4V。

根據(jù)公式8，R0B計算為333O，R0A計算為500O。在這種配置中，DS4402/DS4404電流DAC具有±0.8mA的拉電流和灌電流能力，允許輸出電壓在1.6V至2.4V范圍內(nèi)線性移動。

圖3.使用DS4402/DS4404電流DAC調(diào)節(jié)電源電壓。

MAX5550電流DAC

MAX5550雙通道、10位DAC具有高達30mA的高輸出電流，非常適合需要約10mA至20mA直流電流的PIN二極管偏置應(yīng)用。

圖4所示為MAX5550功能框圖。

圖4.MAX5550功能框圖

無線設(shè)計中通常需要射頻（RF）衰減作為可變衰減器，以將RF信號降低或增加到適當?shù)乃揭詽M足系統(tǒng)要求。圖5所示為典型的PIN二極管偏置電路。當MAX550的直流偏置電流增加時，PIN二極管的正向電阻減小，從而減小RF信號路徑的衰減。類似地，當MAX550的直流偏置電流減小時，PIN二極管的正向電阻增大，進而增大RF信號路徑的衰減。

系統(tǒng)控制器調(diào)節(jié)PIN二極管電阻（R針）值，通過改變MAX5550通過PIN二極管的電流源。因此，可以使用MAX5550電流DAC來控制信號衰減。

圖5.偏置PIN二極管，采用MAX5550電流DAC

MAX5112/MAX5113電流DAC

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光管需要具有高電流輸出、低噪聲和低數(shù)字饋通的高精度電流源。MAX5112/MAX5113緩沖電流DAC經(jīng)過專門設(shè)計，特別適合可調(diào)諧激光控制，因為它們可以驅(qū)動高達300mA的可調(diào)諧激光器，并提供可調(diào)諧半導(dǎo)體激光管所需的其它有吸引力的特性。MAX5112和MAX5113設(shè)計用于與I2分別為 C 和 SPI。

圖6所示為14位MAX5112/MAX5113 DAC，具有9通道、電流輸出DAC。器件采用+3.0V低電源供電，無需任何調(diào)整即可提供14位性能。器件的輸出范圍經(jīng)過優(yōu)化，可偏置高功率可調(diào)諧激光源。9 個通道中的每一個都提供 2mA 至 300mA 的電流源。此外，MAX5112/MAX5113設(shè)計用于提供額外的電流，或通過并聯(lián)DAC輸出來實現(xiàn)更高的分辨率。

MAX5112/MAX5113在滿量程時也具有低噪聲密度，在滿量程時僅為0.5nA/vHz（2mA時）和56nA/vHz（300mA時）和數(shù)字接口饋通保持低至約4LSB，如圖7所示，以確保半導(dǎo)體激光管應(yīng)用的低抖動工作。

圖6.MAX5112/MAX5113電流DAC的功能框圖

圖7.MAX5112數(shù)字接口饋通

MAX5112/MAX5113電流DAC的應(yīng)用

MAX5112/MAX5113設(shè)計用于提供高達300mA的電流源和低至-60mA的吸電流。這種吸引人的特性允許控制半導(dǎo)體光放大器（SOA），該放大器通過受激發(fā)射放大入射光，通過提供高達300mA的電流來補償傳輸損耗來設(shè)置增益，或者通過吸收高達-60mA的電流來設(shè)置衰減，如圖8所示。

圖8.MAX5112/MAX5113用于控制SOA。

圖 9 顯示了 Lumentum LambdaFLEX?可調(diào)諧 10G TOSA。這款高性能可調(diào)諧激光發(fā)射器集成了一個帶I2激光器、SOA 和 M-Z 函數(shù)的 C 接口。

圖9.Lumentum LambdaFLEX?可調(diào)諧 10G TOSA。

結(jié)論

電流DAC有不同的輸出電流電平，即低、中和高。低電流DAC可以提供μA至幾mA的輸出，中型器件可以提供數(shù)十mA量級的輸出，高輸出電流部分可以提供數(shù)百mA的輸出。它們專為不同的應(yīng)用而設(shè)計。DS4402/DS4404采用低電流輸出DAC，用于調(diào)節(jié)電源輸出電壓優(yōu)化。中電流輸出DAC（如MAX5550）設(shè)計用于PIN二極管偏置，僅需高達20mA的電流。大電流輸出DAC，如MAX5112/MAX5113，能夠供應(yīng)和吸收高達300mA和低至-60mA的電流，專為高性能可調(diào)諧激光發(fā)送器以及控制SOA的增益和衰減而設(shè)計。

審核編輯：郭婷