CN0024: AD5546/AD5556 DAC的精密、双极性配置

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概览

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优势和特点
  • 14/16位电流至电压转换
  • 双极性输出
此电路中所用产品
    应用: 
  • 可编程逻辑控制和分布式控制系统

电路功能与优势

本电路采用电流输出DACAD5546/AD5556、10 V精密基准电压源ADR01和运算放大器AD8512实现精密、双极性数据转换。它具有精密、低噪声、高速输出电压能力,非常适合过程控制、自动测试设备和数字校准等应用。

图1. 双极性二象限乘法模式,±10 V输出(原理示意图)

电路描述

AD5546和AD5556分别是16位和14位、精密、乘法、低功耗、电流输出、并行输入数模转换器,采用2.7 V至5.5 V单电源供电,四象限输出的乘法基准电压为±15 V。内置的四象限电阻有利于电阻匹配和温度跟踪,使多象限应用所需的元件数量降至最少。

本电路使用高精度、高稳定性、10 V精密基准电压源ADR01。基准电压源的温度系数和长期漂移性能均为要求高精度转换应用的主要考虑因素,因此该器件是理想选择。

本电路的电流电压转换(I-V)级中使用了运算放大器。运算放大器的偏置电流和失调电压均为选择精密电流输出DAC的重要标准,因此该电路采用具有超低失调电压(典型值为100 μV)和偏置电流(典型值为21 pA)的AD8512运算放大器。C9为补偿电容。本应用的C9电容值为2.2 pF,经过优化可以补偿DAC的外部输出电容。

运算放大器的输入失调电压要乘以电路的可变噪声增益(由于存在DAC的代码相关输出阻抗)。由于放大器的输入电压失调,两个相邻数字码之间的噪声增益变化会使输出电压产生步进变化。此输出电压变化与两个代码间所需的输出变化相叠加,引起差分线性误差;如果该误差足够大,可能会导致DAC非单调。一般而言,为了确保沿各代码步进时保持单调性,输入失调电压应为LSB的一小部分。对于ADR01和AD5546,LSB大小为

AD8512的输入失调电压典型值为100 μV,因此可提供充足的余量。

运算放大器的输入偏置电流也会在电压输出上产生失调,其原因是偏置电流会流经反馈电阻RFB。就AD8628而言,其输入偏置电流典型值仅为21 pA,流经RFB电阻(通常为10 kΩ)时仅产生0.21 μV的误差。

AD5546/AD5556 DAC架构采用电流导引R-2R梯形电阻设计,要求使用外部基准电压源和运放,将双极性转换为输出电压。AD5546的输出电压VOUT可通过以下公式计算:

其中D为输入码的十进制等效值;对于16位DAC,D = 0至65535。AD5556的输出电压VOUT可通过以下公式计算:

其中D为输入码的十进制等效值;对于14位DAC,D = 0至16383。

常见变化

AD8605是另一款适合该电流电压转换电路的优秀运算放大器,它同样具有低失调电压和低偏置电流特性。ADR02ADR03 也是低噪声基准电压源,与ADR01同属一个基准电压源系列。其它合适的低噪声基准电压源有ADR441ADR445 。基准输入电压的大小受所选运算放大器的轨到轨电压限制。

利用AD5546/AD5556 DAC中R-2R结构的乘法带宽特性,这些电路也可以用作可变增益元件。在此配置中,去除了外部精密基准电压源,并将要相乘的信号施加于DAC的基准输入引脚。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD5546 电流输出、并行输入、16位数模转换器 AD5546CRUZ AD5546BRUZ
AD5556 电流输出、并行输入、14位数模转换器 AD5556CRUZ
AD8512 低噪声、低输入偏置电流、宽带宽、精密JFET双通道运算放大器 AD8512ARZ
AD8605 精密、低噪声、轨到轨输入输出、CMOS运算放大器(双路) AD8605ACBZ-REEL7 AD8605ARTZ-REEL7
ADR03 超紧凑、2.5 V精密基准电压源 ADR03AKSZ-REEL7 ADR03ARZ ADR03AUJZ-REEL7
沪ICP备09046653号
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