利用數(shù)字電位計(jì)AD5292構(gòu)建30V低成本DAC
電路功能與優(yōu)勢(shì)
圖1所示電路采用digiPOT+系列數(shù)字電位計(jì)AD5292、雙通道運(yùn)算放大器ADA4091-2和基準(zhǔn)電壓源ADR512，提供一種低成本、高電壓、單極性DAC。該電路提供10位分辨率，輸出電壓范圍為0 V至30 V，能夠提供最高±20 mA的輸出電流。AD5292可以通過(guò)SPI兼容型串行接口編程。
AD5292具有±1%電阻容差，因而可以與外部分壓器電阻R3和R4串聯(lián)，如圖2和圖5所示，以構(gòu)建一個(gè)在縮小的輸出電壓范圍內(nèi)提供10位分辨率的游標(biāo)DAC；這可以起到提高DAC靈敏度的作用，類似于增加一個(gè)與電位計(jì)串聯(lián)的電阻。此外，AD5292內(nèi)置一個(gè)20次可編程存儲(chǔ)器，可以在上電時(shí)自定義輸出電壓VOUT。
本電路具有高精度、低噪聲和低溫度系數(shù)輸出電壓等特性，非常適合數(shù)字校準(zhǔn)應(yīng)用。
電路描述
圖1所示電路采用數(shù)字電位計(jì)AD5292、基準(zhǔn)電壓源ADR512和運(yùn)算放大器ADA4091-2，提供一種10位、低成本、高電壓DAC。本電路可保證單調(diào)性，微分非線性(DNL)為±1 LSB，積分非線性典型值為±2 LSB。
高壓穩(wěn)壓器由低壓基準(zhǔn)電壓源和后接的同相放大器組成，該放大器的增益由R1 與 R2的比值決定。1.200 V基準(zhǔn)電壓源ADR512具有低溫度漂移、高精度和超低噪聲性能。
確保ADR512最小工作電流的最大電阻值由公式1確定。
在圖1和圖2中，RBIAS電阻為12 kΩ，可將ADR512的偏置電流設(shè)置為2.4 mA。
圖2：通過(guò)縮小輸出電壓范圍并利用游標(biāo)DAC來(lái)提高精度（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）
ADA4091-2是一款運(yùn)算放大器，具有低失調(diào)電壓和軌到軌輸出。ADR512與ADA4091配合使用，可提供低溫度系數(shù)和低噪聲輸出電壓。
電阻R1 和 R2 用來(lái)調(diào)整放大器的增益。U1A的輸出電壓V1 決定DAC的最大輸出電壓(VOUT)范圍。可以用公式2計(jì)算電阻值。
圖1中，所選電阻值可提供23.1的增益和27.72 V的V1 值?？梢杂迷撾妷簽槠渌娐饭╇?，最大輸出電流為17 mA。
圖3和圖4分別顯示典型的積分非線性(INL)和微分非線性(DNL)曲線。在圖1所示配置中，AD5292采用比率式工作方式，這意味著總電阻容差的變化不會(huì)影響性能。
圖3：INL與DAC碼的關(guān)系
圖4：DNL與DAC碼的關(guān)系
為改善電路精度，可以用兩個(gè)外部電阻降低AD5292上的基準(zhǔn)電壓，如圖5所示，由此便可在有限的電壓范圍內(nèi)提供全部10位分辨率（游標(biāo)DAC）。數(shù)字電位計(jì)通常具有±20%的端到端電阻容差誤差，由于數(shù)字電位計(jì)與外部電阻之間存在匹配誤差，因此會(huì)影響電路精度。AD5292則具有業(yè)界領(lǐng)先的±1%電阻容差性能，有助于克服電阻匹配誤差問(wèn)題。
圖5：通過(guò)降低基準(zhǔn)電壓來(lái)構(gòu)建游標(biāo)DAC，從而改善INL性能（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）
這種情況下：
縮小范圍內(nèi)的1 LSB可以通過(guò)下式計(jì)算：
相對(duì)于最高基準(zhǔn)電壓V1，游標(biāo)DAC的等效分辨率為：
圖6顯示利用圖5的游標(biāo)DAC電路而獲得的INL（以 V1為基準(zhǔn)）曲線。
圖6：游標(biāo)DAC的INL（以V1為基準(zhǔn)）
AD5292具有一個(gè)20次可編程存儲(chǔ)器，可以在上電時(shí)將輸出電壓預(yù)設(shè)為特定值。
為了使本文所討論的電路達(dá)到理想的性能，必須采用出色的布局、接地和去耦技術(shù)（請(qǐng)參考教程 MT-031 和教程 MT-101）。至少應(yīng)采用四層PCB：一層為接地層，一層為電源層，另兩層為信號(hào)層。
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常見(jiàn)變化
AD5291 （8位、內(nèi)置20次可編程上電存儲(chǔ)器）和AD5293（10位、無(wú)上電存儲(chǔ)器）均為±1%容差數(shù)字電位計(jì)，同樣適合本應(yīng)用。
4.096 V低成本基準(zhǔn)電壓源ADR5044也不失為一種選擇。R1/R2比值可以根據(jù)不同的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
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