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(lèi)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(xiàn)性(DNL)為±1 LSB，積分非線(xiàn)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。

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?？梢杂霉?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。可以用該電壓為其它電路供電，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(xiàn)性(INL)和微分非線(xiàn)性(DNL)曲線(xiàn)。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。

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。

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(xiàn)。

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。

表1. 圖1中單極性DAC的典型特性

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。