利用DAC實現(xiàn)高精度、雙極性電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換

電路描述

AD5763是一款高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可保證單調(diào)性，積分非線性(INL)誤差為±1 LSB(C級器件)，噪聲低，建立時間為10 μs。在以下電源電壓范圍內(nèi)，保證具有額定性能：AVDD電源電壓范圍為+4.75 V至+5.25 V，AVSS電源電壓范圍為-4.75 V至-5.25 V。基準(zhǔn)電壓輸入為2.048 V時，標(biāo)稱滿量程輸出范圍為±4.096 V。

為使該DAC在整個工作溫度范圍內(nèi)達(dá)到最佳性能，必須使用精密基準(zhǔn)電壓源。AD5763內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源緩沖器，因而無需外部正負(fù)基準(zhǔn)電壓源及相關(guān)的緩沖器，這樣便進(jìn)一步節(jié)省了成本和電路板空間。因為基準(zhǔn)輸入(REFA、REFB)上施加的電壓用來產(chǎn)生DAC內(nèi)核所用的內(nèi)部緩沖正負(fù)基準(zhǔn)電壓，所以外部基準(zhǔn)電壓的任何誤差均會通過該器件的輸出反映出來。

針對高精度應(yīng)用選擇基準(zhǔn)電壓源時，需要考慮四種可能的誤差源：初始精度、輸出電壓的溫度系數(shù)、長期漂移和輸出電壓噪聲。表1列出了ADI公司的其它2.048 V精密基準(zhǔn)電壓源候選產(chǎn)品及其特性。

表1：2.048 V精密基準(zhǔn)電壓源

電路功能與優(yōu)勢

本電路采用雙通道、16位、串行輸入、雙極性電壓輸出DACAD5763，可提供高精度、雙極性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。它利用精密基準(zhǔn)電壓源ADR420 在整個工作溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳DAC性能。該16位精密DAC所需的外部器件只有基準(zhǔn)電壓源、電源引腳和基準(zhǔn)輸入上的去耦電容以及可選的短路電流設(shè)置電阻，因此，這種實施方案可以節(jié)省成本和電路板空間。本電路非常適合閉環(huán)伺服控制和開環(huán)控制應(yīng)用。

圖1：采用精密基準(zhǔn)電壓源的AD5763 DAC高精度、雙極性配置

在任何注重精度的電路中，精心考慮電源和接地回路布局有助于確保達(dá)到額定性能。AD5763所用的PCB必須采用模擬與數(shù)字部分分離設(shè)計，并限制在電路板的一定區(qū)域內(nèi)。如果AD5763所在系統(tǒng)中有多個器件要求AGND至DGND連接，則只能在一個點上進(jìn)行連接。星形接地點盡可能靠近器件。AD5763必須采用足夠大的10 μF電源旁路電容，與每個電源上的0.1 μF電容并聯(lián)，并且盡可能靠近封裝，最好是正對著該器件。10 μF電容為鉭珠型電容。0.1 μF電容必須具有低有效串聯(lián)電阻(ESR)和低有效串聯(lián)電感(ESL)，如高頻時提供低阻抗接地路徑的普通陶瓷型電容，以便處理內(nèi)部邏輯開關(guān)所引起的瞬態(tài)電流。

AD5763的電源走線必須盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的突波效應(yīng)。時鐘等快速開關(guān)信號必須利用數(shù)字地屏蔽起來，以免向電路板上的其它器件輻射噪聲，并且絕不應(yīng)靠近基準(zhǔn)輸入。SDIN線路與SCLK線路之間布設(shè)接地線路有助于降低二者之間的串?dāng)_(多層電路板上不需要，因為它有獨立的接地層;不過，接地線路有助于分開不同線路)?；鶞?zhǔn)輸入上的噪聲必須降至最低，因為這種噪聲會被耦合至DAC輸出。應(yīng)避免數(shù)字信號與模擬信號交疊。電路板相反兩側(cè)上的走線必須彼此垂直，這樣有助于減小電路板上的饋通效應(yīng)。推薦使用微帶線技術(shù)，但這種技術(shù)對于雙面電路板未必始終可行。采用這種技術(shù)時，電路板的元件側(cè)專用于接地層，信號走線則布設(shè)在焊接側(cè)。電路板至少需要4層才能實現(xiàn)最佳布局和性能：一個接地層、一個電源層和兩個信號層。

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