CN0027: 利用AD5547/AD5557 DAC实现精密、单极性、同相配置

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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
  • 同相单极性输出
    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DACAD5547/AD5557、精密基准电压源ADR03 和运算放大器AD8628实现精密、单极性、同相数据转换。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:单极性二象限乘法模式,VOUT = 0 V至+VREF(原理示意图)

电路描述

AD5547/AD5557分别是双通道、精密、16/14位、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、2.5 V精密基准电压源ADR03。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1μV)和偏置电流(典型值为30 pA)的AD8628自稳零运算放大器。C7为补偿电容。本应用的C7电容值为2.2 pF,经过优化可以补偿DAC的外部输出电容。

请注意,AD8628具有轨到轨输入和输出级,但输出只能在任一供电轨几毫伏范围内,具体值取决于负载电流。对于所示电路,输出摆幅可达到约+1 mV至+2.5 V。

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的代码相关输出电阻)。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ADR03和AD5547,LSB大小为

自稳零运放AD8628的输入失调电压典型值为1 μV,与LSB大小相比可忽略不计。

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30 pA,流经RFB电阻(通常为10 kΩ)时仅产生0.3 μV的误差。

AD5547/AD5557 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,以便转换为输出电压。AD5547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。AD5557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。

常见变化

AD8629是AD8628的双通道版本。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。ADR01ADR02 也是低噪声基准电压源,与ADR03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AD5547/AD5557 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
AD5547 双通道电流输出、并行输入、16位乘法DAC,内置4象限电阻 AD5547CRUZ AD5547BRUZ
AD5557 双通道、电流输出、并行输入、14位DAC AD5557CRUZ
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
AD8628 零漂移、单电源RRIO运算放大器 AD8628ARZ AD8628ARTZ-REEL7 AD8628AUJZ-REEL7
AD8629 零漂移、单电源、轨到轨输入/输出运算放大器 AD8629ARMZ AD8629ARZ
ADR03 超紧凑、2.5 V精密基准电压源 ADR03AKSZ-REEL7 ADR03ARZ ADR03AUJZ-REEL7
ADR441 超低噪声、2.5V LDO XFET®基准电压源,具有吸电流和源电流能力 ADR441ARMZ ADR441ARZ
ADR445 超低噪声、5.0V LDO XFET®基准电压源,具有吸电流和源电流能力 ADR445ARZ ADR445ARMZ
沪ICP备09046653号
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