問題終結(jié)者：乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器

問：

乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的其他應(yīng)用?

答：

大多數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 采用固定的正基準(zhǔn)電壓工作，輸出電壓或電流與基準(zhǔn)電壓和設(shè)定的數(shù)字碼的乘積成比例。而對于所謂的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (MDAC)，情況并非如此，其基準(zhǔn)電壓可以變化，變化范圍通常是 ±10V。因此，通過基準(zhǔn)電壓和數(shù)字碼可以影響模擬輸出(在這兩種情況下都是動態(tài)的)。

應(yīng)用

借助相應(yīng)的接線，模塊可以輸出放大、衰減或反轉(zhuǎn)的信號(相對于基準(zhǔn)信號而言)。因此，其應(yīng)用領(lǐng)域包括波形發(fā)生器、可編程濾波器和 PGA (可編程增益放大器)，以及其他必須調(diào)整失調(diào)或增益的很多應(yīng)用。

圖 1.具有可變增益的電路 (PGA)

圖 1 顯示了一個帶下游放大器的 14 位 MDAC AD5453，放大器可根據(jù) DAC 的編程數(shù)字碼放大或削弱信號。

電路計算

該電路的輸出電壓 (VOUT) 計算如下：

增益

除了增益和 DAC 的設(shè)定數(shù)字碼D之外，輸出電壓還受運算放大器電源電壓的影響或限制。在所示情況下，ADA4637-1 放大器的電源電壓為 ±15 V 電壓，應(yīng)輸出 ±12V 的最大電壓，因此其控制范圍足夠大。增益由電阻 R2 和 R3 確定：

增益

所有電阻 (R1 至 R3) 應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) (TCR)，但不一定要與 DAC 內(nèi)部電阻的 TCR 相同。電阻 R1 用于根據(jù) R2 和 R3 及以下關(guān)系調(diào)整 DAC 內(nèi)部電阻 (RFB)：

R1 + RFB = RFB + R2 || R3

R1 = R2 || R3

選擇電阻時，必須確保運算放大器在最大輸入電壓時仍處于工作范圍內(nèi) (DAC 可以在 VREF 下處理 ±10 V)。還應(yīng)注意，放大器的輸入偏置電流 (IBIAS) 會被電阻 (RFB + R2 || R3) 放大，這對失調(diào)電壓有相當(dāng)大的影響。選擇具有超低輸入偏置電流和超低輸入失調(diào)電壓(依據(jù)數(shù)據(jù)手冊)的運算放大器 ADA4637-1 正是基于這個原因。為了防止閉環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或所謂的響鈴振蕩，在 IOUT 和 RFB 之間插入 4.7 pF 電容;特別推薦將這一做法用于快速放大器。

如前所述，放大器的失調(diào)電壓會被閉環(huán)增益放大。當(dāng)設(shè)置增益的外部電阻發(fā)生改變，變化值對應(yīng)于數(shù)字步長時，此值會增加到期望值上，產(chǎn)生微分非線性誤差。如果它足夠大，可能會導(dǎo)致 DAC 行為非單調(diào)。為避免這種效應(yīng)，有必要選擇低失調(diào)電壓和低輸入偏置電流的放大器。

相比其他電路的優(yōu)勢

原則上，如果允許使用外部基準(zhǔn)電壓源，那么也可以使用標(biāo)準(zhǔn) DAC，不過標(biāo)準(zhǔn) DAC 與 MDAC 之間有一些重大區(qū)別。標(biāo)準(zhǔn) DAC 的基準(zhǔn)輸入只能處理幅度有限的單極性電壓。除幅度外，基準(zhǔn)輸入帶寬也非常有限。這在數(shù)據(jù)手冊中用乘法帶寬值表示。以 AD5664 16 位 DAC 為例，該值為 340 kHz。乘法DAC的基準(zhǔn)輸入可以使用雙極性電壓，其也可以高于電源電壓。帶寬同樣高得多——AD5453 的典型帶寬為 12 MHz。

結(jié)語

乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的使用不是那么廣泛，但其提供了許多可能性。除了高帶寬的自制 PGA 以外，移動應(yīng)用也是非常合適的應(yīng)用，因為其功耗要求低于 50 μW。