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問題終結(jié)者:乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器

發(fā)布時間:2022-08-04 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】您也許知道,某些DAC包含可在輸出端生成基準(zhǔn)電壓的R2R網(wǎng)絡(luò)。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(chǎn)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(yīng)用,并將R2R網(wǎng)絡(luò)用作一個電阻。


大多數(shù) DAC 采用固定的正基準(zhǔn)電壓工作,輸出電壓或電流與基準(zhǔn)電壓和設(shè)定的數(shù)字碼的乘積成比例。而對于所謂的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MDAC),情況并非如此,其基準(zhǔn)電壓可以變化,變化范圍通常是±10V。因此,通過基準(zhǔn)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(yīng)用


借助相應(yīng)的接線,模塊可以輸出放大、衰減或反轉(zhuǎn)的信號(相對于基準(zhǔn)信號而言)。因此,其應(yīng)用領(lǐng)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(diào)整失調(diào)或增益的很多應(yīng)用。


5.jpg

圖1. 具有可變增益的電路(PGA)


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:


1658402827701183.png


除了增益和 DAC 的設(shè)定數(shù)字碼 D 之外,輸出電壓還受運(yùn)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(yīng)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:


1658402815594813.png


所有電阻(R1至R3)應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) (TCR),但不一定要與DAC 內(nèi)部電阻的 TCR 相同。電阻 R1 用于根據(jù) R 2和 R3 及以下關(guān)系調(diào)整 DAC 內(nèi)部電阻 (RFB):


1658402796761126.png


選擇電阻時,必須確保運(yùn)算放大器在最大輸入電壓時仍處于工作范圍內(nèi)( DAC 可以在 VREF 下處理 ±10 V)。還應(yīng)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(diào)電壓有相當(dāng)大的影響。選擇具有超低輸入偏置電流和超低輸入失調(diào)電壓(依據(jù)數(shù)據(jù)手冊)的運(yùn)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(diào)電壓會被閉環(huán)增益放大。當(dāng)設(shè)置增益的外部電阻發(fā)生改變,變化值對應(yīng)于數(shù)字步長時,此值會增加到期望值上,產(chǎn)生微分非線性誤差。如果它足夠大,可能會導(dǎo)致DAC行為非單調(diào)。為避免這種效應(yīng),有必要選擇低失調(diào)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(zhǔn)電壓源,那么也可以使用標(biāo)準(zhǔn) DAC,不過標(biāo)準(zhǔn) DAC 與 MDAC 之間有一些重大區(qū)別。標(biāo)準(zhǔn) DAC 的基準(zhǔn)輸入只能處理幅度有限的單極性電壓。除幅度外,基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jié)語


乘法數(shù)模轉(zhuǎn)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(yīng)用也是非常合適的應(yīng)用,因為其功耗要求低于 50 μW。


AD5453


●   乘法帶寬:12 MHz

●   積分非線性(INL):±0.25 LSB(8位)

●   8引腳TSOT和MSOP封裝

●   電源電壓:2.5 V至5.5 V

●   引腳兼容的8/10/12/14位電流輸出DAC

●   ±10 V基準(zhǔn)電壓輸入

●   50 MHz串行接口

●   更新速率:2.7 MSPS

●   擴(kuò)展的溫度范圍:–40°C至+125°C

●   四象限乘法

●   上電復(fù)位,具有掉電檢測功能

●   功耗:<0.4 μA(典型值)

●   保證單調(diào)性

●   通過汽車應(yīng)用認(rèn)證



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