乘法數模轉換器還能用于DAC以外?

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管理員 2021-04-15 19:23

某些 DAC 包含可在輸出端生成基準電壓的 R2R 網絡。這些電阻都是精密電阻。它們通常用來根據發送到 DAC 的數字值切換電流,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。這就有可能實現某些非常規應用,并將 R2R 網絡用作一個電阻。

大多數 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字碼的乘積成比例。而對于所謂的乘法數模轉換器(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,通過基準電壓和數字碼可以影響模擬輸出(在這兩種情況下都是動態的)。

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. 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 DAC 的編程數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 (TCR),但不一定要與 DAC 內部電阻的 TCR 相同。電阻 R1 用于根據 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(依據數據手冊)的運算放大器 ADA4637-1 正是基于這個原因。為了防止閉環控制系統不穩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增益放大。當設置增益的外部電阻發生改變,變化值對應于數字步長時,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。這在數據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。

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