工業(yè) DAC：3 線模擬輸出的演變

 圖 1 是 3 線模擬輸出模塊圖。該模塊使用雙通道 DAC8562 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 驅(qū)動(dòng)支持高電壓、36V OPA192 運(yùn)算放大器的電壓與電流輸出級(jí)。

電流輸出是一個(gè)雙級(jí)、高側(cè)、電壓至電流轉(zhuǎn)換器。由放大器 A2、MOSFET Q2 和檢測(cè)電阻器 RB 組成的第二級(jí)電路可為負(fù)載提供輸出電流。A2 可在反相輸入節(jié)點(diǎn)上感測(cè)整個(gè) RB 上的壓降，從而可通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)輸出電流。這樣可確保其等于應(yīng)用在非反相輸入端的電壓。

如果單獨(dú)使用該級(jí)，高側(cè)電源上的噪聲或其它開關(guān)瞬態(tài)將直接對(duì)輸出產(chǎn)生噪聲。這是因?yàn)樵?A2 非反相輸入端的電壓不會(huì)與高側(cè)電壓成比例變化。

要避免這個(gè)問題，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加入第一級(jí)，創(chuàng)建可增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)高側(cè)電源噪聲抗擾度的電流反射鏡。第一級(jí)使用放大器 A1、MOSFET Q1 和電阻 RSET 創(chuàng)建電流汲極。

在本方框圖中，A1 采用負(fù)反饋驅(qū)動(dòng) Q1 的柵極。這樣可調(diào)節(jié)通過 Q1 的電流，使在 RSET 高側(cè)產(chǎn)生的電壓等于 A1 非反相輸入端的電壓。流過 RA 的電流在 A2 的非反相輸入端產(chǎn)生一個(gè)可驅(qū)動(dòng)第二級(jí)電路的高側(cè)電源壓降。

電阻器 RA 和 RB 的比例可增大流過第一級(jí)中 RSET 的電流，使其成為提供給負(fù)載的電流輸出。由于流過第一級(jí)的所有電流都流向接地，而非負(fù)載，因此由 RA 和 RB 設(shè)置的增益可直接設(shè)定系統(tǒng)效率。

查看我們包括所有工作原理、組件選擇、穩(wěn)定性指標(biāo)、修改、PCB 布局以及測(cè)量結(jié)果的 TI Designs 驗(yàn)證參考設(shè)計(jì) (TIPD102)，深入了解如何設(shè)計(jì)這種電壓至電流轉(zhuǎn)換器。

圖 1

與電流輸出相比，圖 1 所示設(shè)計(jì)的電壓輸出級(jí)要容易理解得多。本電路中的放大器 A3 采用修改的加法放大器配置。RFB 和 RG1 可為應(yīng)用在非反相輸入端的 DAC 輸出提供增益。同時(shí)，RFB 和 RG2 使用 DAC 的參考電壓為輸出信號(hào)提供補(bǔ)償，而該信號(hào)則可通過 RFB 和 RG2 的比率進(jìn)行縮放。

這種多功能電路可通過正確的電阻器值將大多數(shù)常見低電壓 DAC 輸出調(diào)節(jié)成 0-5V、0-10V、+/-5V 和 +/-10V 的常用工業(yè)電壓范圍。查看我們的工業(yè)電壓驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì) (TIPD125)，了解更多詳情。

圖 2

上世紀(jì) 80 年代，德州儀器 (TI) 推出了一系列帶“XTR”前綴的器件。這些器件不僅高度集成實(shí)現(xiàn)電壓至電流轉(zhuǎn)換器所需的大部分組件，而且還可充分利用傳統(tǒng)低電壓 DAC 輸出生成各種電流輸出，因而簡化了高側(cè)電流輸出的設(shè)計(jì)。圖 2 是一個(gè)使用 XTR111 高精度電壓至電流轉(zhuǎn)換器/發(fā)送器的實(shí)例。

此外，我們的最新 DAC8760 系列也可簡化這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系列高度集成電壓與電流輸出級(jí)以及 DAC 及參考，所有這些可實(shí)現(xiàn)極高的精確度與可靠性。

請(qǐng)務(wù)必查看我同事 Ian Williams 撰寫的關(guān)于工業(yè)領(lǐng)域瞬態(tài)與瞬態(tài)抗擾度標(biāo)準(zhǔn)的系列文章。在本系列的下篇文章中，我將介紹如何設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路，防止 3 線模擬輸出免受 Ian 所介紹的瞬態(tài)干擾。