基于AD5755的DAC參考設(shè)計(jì)電路

D/A轉(zhuǎn)換是將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號的過程。由計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理的結(jié)果(數(shù)字量)往往也需要轉(zhuǎn)換為模擬量，以便控制對象，這一過程即為“數(shù)模轉(zhuǎn)換”(D/A)。

AD5755參考設(shè)計(jì)電路

AD5755器件是一款四通道、16位、串行輸入、4 mA至20 mA和電壓輸出DAC，此篇主要介紹了AD5755特性、應(yīng)用范圍、參考設(shè)計(jì)電路以及電路分析，幫助大家縮短設(shè)計(jì)時間。

AD5755介紹：

AD5755是一款四通道、電壓和電流輸出DAC，采用-26.4 V至+33V電源供電。片內(nèi)動態(tài)電源控制功能基于為實(shí)現(xiàn)片內(nèi)功耗最低而優(yōu)化的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，在電流模式下，可以在7.4 V至29.5 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動器的電壓，使封裝功耗最小。

AD5755特點(diǎn)：

16位分辨率和單調(diào)性

用于熱管理的動態(tài)電源控制

電流和電壓輸出引腳可連接到一個引腳

IOUT范圍：0mA–20mA、4mA–20mA或0mA–24mA±0.05% TUE(總非調(diào)整誤差)(最大值)

AD5755應(yīng)用：

AD420器件是一款完整的數(shù)字電流環(huán)路輸出轉(zhuǎn)換器，此篇主要介紹了AD420特性、應(yīng)用范圍、參考設(shè)計(jì)電路以及電路分析，幫助大家縮短設(shè)計(jì)時間。

AD420介紹：

AD420是一款完整的數(shù)字電流環(huán)路輸出轉(zhuǎn)換器，專為滿足工業(yè)控制市場的需求而設(shè)計(jì)。它提供一種高精度、全集成、低成本的單芯片解決方案，用于產(chǎn)生電流環(huán)路信號，采用緊湊型24引腳SOIC或PDIP封裝?？赏ㄟ^編程，將輸出電流范圍設(shè)置為4 mA-20 mA、0 mA-20 mA或超量程的0 mA-24 mA?；蛘?，AD420也可以從一個獨(dú)立引腳提供電壓輸出，需要增加一個外部單路緩沖放大器對該引腳進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)0 V-5 V、0 V-10 V、±5 V或±10 V輸出。

AD420特點(diǎn)：

電流輸出：4 mA-20 mA、0 mA-20 mA或0 mA-24 mA

16位分辨率和單調(diào)性

積分非線性誤差：±0.012%(最大值)

失調(diào)(可調(diào)整)：±0.05%(最大值)

總輸出誤差(可調(diào)整)：±0.15%(最大值)

靈活的串行數(shù)字接口(3.3 MBPS)：

AD7541A器件是一款低成本、高性能12位單芯片乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器，此篇主要介紹了AD7541A特性、應(yīng)用范圍、參考設(shè)計(jì)電路以及電路分析，幫助大家縮短設(shè)計(jì)時間。

AD7541A介紹：

AD7541A是一款低成本、高性能12位單芯片乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該器件采用先進(jìn)的低噪聲薄膜CMOS技術(shù)制造，并提供標(biāo)準(zhǔn)18引腳DIP和20引腳表貼兩種封裝。AD7541A與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)器件AD7541在功能和引腳上均相兼容，并且規(guī)格和性能都有所改進(jìn)。此外，器件設(shè)計(jì)得到改進(jìn)，可確保不會發(fā)生閂鎖，因此無需輸出保護(hù)肖特基二極管。

下面將以AD5770R和LTC2662為例，詳細(xì)探討這些設(shè)計(jì)問題。

1.順從電壓和壓差

除了DAC常規(guī)線性度和精度規(guī)格外，電流輸出DAC還有兩個參數(shù)是電壓輸出DAC所不具備的：順從電壓和壓差。

順從電壓是電流源輸出所需電流時所能達(dá)到的最大電壓——一種基本卻十分關(guān)鍵的情形。只要負(fù)載兩端的電壓在設(shè)計(jì)限制范圍內(nèi)，電流源就可以驅(qū)動負(fù)載;要想使用電流源輸出的電流驅(qū)動負(fù)載，就必然會在負(fù)載兩端施加所需電壓。電流源可調(diào)節(jié)輸出電壓，為負(fù)載提供所需的電流。

例如，以10mA電流驅(qū)動1kΩ負(fù)載需要至少10V的順從電壓。如果該電壓降超過順從電壓，則DAC將無法輸出該電流。與之相對，如果負(fù)載電流超過電壓源的額定電流，則電壓源也無法提供標(biāo)稱電源電壓。

假設(shè)用DAC(或任何電流源)驅(qū)動串聯(lián)的10個LED，每個LED上的電壓降為1.5V，電流為20mA。如果電流源不能在15V直流電壓(加上部分裕量)下輸出20mA電流，就無法輸出該電流，即使在較低電壓下可以輕松實(shí)現(xiàn)也無濟(jì)于事。對于電流輸出DAC而言，順從電壓越接近DAC輸出級電源軌，DAC輸出范圍越大。

為什么要討論順從電壓?盡管這是電流源的基本特性(根據(jù)V=IR)，但是某些資歷尚淺的工程師只處理過電壓源，因而經(jīng)常忽略這一問題。畢竟，若工程師聽說需要12V電源，第一個問題往往都是“電流是多少”。然而，對于電流源而言，相應(yīng)問題應(yīng)該是“順從電壓是多少”，卻常常受到忽略。

電流輸出DAC的順從電壓并不受DAC自身電源軌的限制。例如，多通道LTC2662的每個通道都有獨(dú)立的電源引腳，使各通道的順從電壓都能與負(fù)載需求相匹配，同時又能最大限度地降低總耗散功率。

此外，電流輸出DAC也具有壓差限制，即DAC所需的最小壓降以維持輸出調(diào)節(jié)。壓差是負(fù)載電流的函數(shù);壓差越小，DAC的工作范圍越寬。5通道LTC2662的電流輸出具有高順從電壓，輸出200mA電流時可保證1V壓差。

2.電流驅(qū)動范圍和分辨率(增強(qiáng)這兩種特性)

電流輸出DAC的輸出驅(qū)動能力可達(dá)數(shù)百毫安。請注意，電流輸出DAC通常設(shè)計(jì)為拉出電流，而非灌入電流;但是如果需要灌入電流，也有相應(yīng)的通道可供使用(只是必須遵守附加限制)。 多通道多輸出范圍DAC具有兩個屬性：為了輸出更高的總電流，允許將輸出疊加;可實(shí)現(xiàn)各通道分辨率與應(yīng)用的最佳匹配。通過這種方式，就能最大限度地有效利用分辨率，而非局限于DAC的部分動態(tài)范圍而造成浪費(fèi)。這相當(dāng)于在ADC輸入端使用可編程增益放大器 (PGA)，調(diào)節(jié)輸入信號以適應(yīng)ADC的輸入范圍。若使用輸出范圍為100mA的14位電流輸出DAC用于0至25mA的驅(qū)動范圍，只能提供12位有效分辨率，浪費(fèi)了2位。 因此，AD5770R和LTC2662的多路輸出提供了不同的輸出范圍。例如，AD5770R包含5個14位電流源通道和1個14位拉/灌通道。 通道配置如下：

通道 0：0 mA 至 300 mA，-60 mA 至 +300 mA，-60mA 至 0 mA

通道 1：0 mA 至 140 mA，0 mA 至 250 mA

通道 2：0 mA 至 55 mA，0 mA 至 150 mA

通道 3、通道 4、通道 5：0 mA 至 45 mA，0 mA 至 100 mA

這種配置具有多種驅(qū)動優(yōu)勢，可用于多種用途：

為增加最大驅(qū)動電流提供便捷的解決方案

最大輸出范圍較小但分辨率相同，因而步長雖較小，但輸出的電流更精確

允許組合輸出以獲得低/高分辨率

就第一點(diǎn)而言，這些電流源可以簡單地并聯(lián)。例如，AD5770R的通道1 (250mA) 和通道 2 (150mA) 疊加，可以提供400mA的總驅(qū)動。當(dāng)然，設(shè)計(jì)人員不能忽視以下警告：順從電壓必須在規(guī)格書規(guī)定的范圍內(nèi);輸出電壓必須保持在規(guī)格書規(guī)定的最大絕對額定值范圍內(nèi)。

同樣，5通道LTC2662具有八個電流范圍，各通道均可編程，滿量程輸出達(dá)300mA、20 mA、100mA、50mA、25mA、12.5mA、6.25mA和3.125mA;這些電流均可組合，最大輸出電流可達(dá)1.5A。

借助低分辨率和高分辨率設(shè)置(上述第三點(diǎn)，即最后一點(diǎn))，并行輸出還能提供一種簡便方法來提高所需標(biāo)稱輸出值的整體分辨率。將一路寬范圍輸出與另一路小范圍輸出并聯(lián)，前者可設(shè)為低分辨率，而后者設(shè)為高分辨率，以此提供的分辨率即可超出各通道的12/16位額定值(但必須占用5通道中的2個)。

3.上電復(fù)位 (POR) 和輸出毛刺等瞬態(tài)條件

許多應(yīng)用中，上電時的DAC輸出(稱為上電復(fù)位，POR)是個難題，因?yàn)樘幚砥?及其軟件)無法立即初始化DAC。雖然在處理器代碼中DAC初始化具有最高優(yōu)先級，但是具有多個直流電源軌的處理器啟動時間可能比簡單的DAC更長。

處理器與DAC的啟動時間差可能導(dǎo)致不可接受的DAC輸出——例如，使用DAC控制活動元件的情況。因此，了解POR時DAC通道的狀態(tài)就顯得尤為重要?；谏鲜鲈颍琇TC2662的輸出在上電時復(fù)位為高阻態(tài)，使系統(tǒng)初始化保持一致且可重復(fù)。AD5770R具有異步復(fù)位引腳，可由硬件定時器或復(fù)位鎖定驅(qū)動;將引腳置為邏輯低電平10ns以上，即可將所有寄存器復(fù)位為默認(rèn)值。

此外，輸出轉(zhuǎn)換時的毛刺可能也是個難題。每當(dāng)DAC加載新代碼模式的數(shù)據(jù)位時，由于兩種代碼間存在時鐘偏移，因而在新舊代碼轉(zhuǎn)換過程中，DAC會產(chǎn)生錯誤輸出;與POR一樣，這可能也不可接受。為避免這種情況，LT2662和AD5770將DAC加載的緩沖數(shù)據(jù)增加一倍。單個或多個通道的所有數(shù)據(jù)位均可寫入相應(yīng)的輸入寄存器，而不會影響DAC輸出。向器件發(fā)出“加載DAC”的單一命令，即可將輸入寄存器內(nèi)容發(fā)送到DAC寄存器，更新DAC輸出而不會出現(xiàn)毛刺。

4.DAC數(shù)據(jù)和輸出完整性;精度

這類DAC所適用的應(yīng)用大多具有活動元件和機(jī)械元件，因此或許有必要驗(yàn)證DAC的性能。這就需要注意 DAC 的數(shù)字輸入及實(shí)際電流輸出值。

針對完整性問題，AD5770R和LTC2662等高級DAC可提供多種解決方案：數(shù)據(jù)回讀、基于內(nèi)部循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 的數(shù)據(jù)完整性確認(rèn)以及間接輸出電流測量。前兩種用于發(fā)送到并存儲于DAC的數(shù)據(jù)確認(rèn);第三種用于監(jiān)視DAC產(chǎn)生的電流。