大多数数模转换器(DAC)采用固定的正基准电压工作,输出电压或电流与基准电压和设定的数字码的乘积成比例。而对于所谓的乘法数模转换器(MDAC),情况并非如此,其基准电压可以变化,变化范围通常是±10V。因此,通过基准电压和数字码可以影响模拟输出(在这两种情况下都是动态的)。

应用

借助相应的接线,模块可以输出放大、衰减或反转的信号(相对于基准信号而言)。因此,其应用领域包括波形发生器、可编程滤波器和PGA(可编程增益放大器),以及其他必须调整失调或增益的很多应用。

ADI18050602 图1. 具有可变增益的电路(PGA)

图1显示了一个带下游放大器的14位MDAC AD5453 ,放大器可根据DAC的编程数字码放大或削弱信号。

电路计算

该电路的输出电压(VOUT)计算如下:

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除了增益和DAC的设定数字码D之外,输出电压还受运算放大器电源电压的影响或限制。在所示情况下, ADA4637-1 放大器的电源电压为±15 V电压,应输出±12V的最大电压,因此其控制范围足够大。增益由电阻R2和R3确定:

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所有电阻(R1至R3)应具有相同的电阻温度系数(TCR),但不一定要与DAC内部电阻的TCR相同。电阻R1用于根据R2和R3及以下关系调整DAC内部电阻(RFB):

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选择电阻时,必须确保运算放大器在最大输入电压时仍处于工作范围内(DAC可以在VREF下处理±10 V)。还应注意,放大器的输入偏置电流(IBIAS)会被电阻(RFB + R2 || R3)放大,这对失调电压有相当大的影响。选择具有超低输入偏置电流和超低输入失调电压(依据数据手册)的运算放大器ADA4637-1正是基于这个原因。为了防止闭环控制系统不稳定或所谓的响铃振荡,在IOUT和RFB之间插入4.7 pF 电容;特别推荐将这一做法用于快速放大器。

如前所述,放大器的失调电压会被闭环增益放大。当设置增益的外部电阻发生改变,变化值对应于数字步长时,此值会增加到期望值上,产生微分非线性误差。如果它足够大,可能会导致DAC行为非单调。为避免这种效应,有必要选择低失调电压和低输入偏置电流的放大器。

相比其他电路的优势

原则上,如果允许使用外部基准电压源,那么也可以使用标准DAC,不过标准DAC与MDAC之间有一些重大区别。标准DAC的基准输入只能处理幅度有限的单极性电压。除幅度外,基准输入带宽也非常有限。这在数据手册中用乘法带宽值表示。以AD5664 16位DAC为例,该值为340 kHz。乘法DAC的基准输入可以使用双极性电压,其也可以高于电源电压。带宽同样高得多——AD5453的典型带宽为12 MHz。

结语

乘法数模转换器的使用不是那么广泛,但其提供了许多可能性。除了高带宽的自制PGA以外,移动应用也是非常合适的应用,因为其功耗要求低于50 μW。