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DAC轉換+運算放大器乘法數模轉換器

發布時間:2022-03-18作者來源:薩科微瀏覽:3183

大多數數模轉換器(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±10 V。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±12 V的[敏感詞]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R2和R3及以下關系調整DAC內部電阻(RFB):

R1 + RFB = RFB + R2 || R3

R1 = R2 || R3

選擇電阻時,必須確保運算放大器在[敏感詞]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[敏感詞]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AD566416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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