乘法DAC如何用于DAC以外的其他应用?

亚德诺半导体 2020-09-22
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您也许知道,某些DAC包含可在输出端生成基准电压的R2R网络。这些电阻都是精密电阻。它们通常用来根据发送到DAC的数字值切换电流,从而在输出放大器端产生一个电压。采用乘法DAC时,并未集成输出放大器。这就有可能实现某些非常规应用,并将R2R网络用作一个电阻。


大多数 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)。


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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。


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:



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:



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 R 2和 R3 及以下关系调整 DAC 内部电阻 (RFB):



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。


AD5453

  • 乘法带宽:12 MHz

  • 积分非线性(INL):±0.25 LSB(8位)

  • 8引脚TSOT和MSOP封装

  • 电源电压:2.5 V至5.5 V

  • 引脚兼容的8/10/12/14位电流输出DAC

  • ±10 V基准电压输入

  • 50 MHz串行接口

  • 更新速率:2.7 MSPS

  • 扩展的温度范围:–40°C至+125°C

  • 四象限乘法

  • 上电复位,具有掉电检测功能

  • 功耗:<0.4 µA(典型值)

  • 保证单调性

  • 通过汽车应用认证




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