CN0036: 8位至12位DAC AD5426/AD5432/AD5443的精密、双极性配置

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概览

电路笔记PDF, 09/2010 (pdf, 298 kB)
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优势和特点
  • 高精度转换器应用
  • 高直流性能
  • 双极性输出设计
此电路中所用产品
    应用: 
  • 电子测试和测量
设计资源
设备驱动
Software, such as C code and/or FPGA code, used to communicate with a component's digital interface.
FPGA HDL

电路功能与优势

本电路采用精密乘法DAC和低噪声运算放大器,构成双极性、精密直流DAC配置。DAC是核心可编程元件,所选的放大器可决定精度或速度性能。对于精密、高精度、低噪声应用,可以用AD8066 等双通道运算放大器来提供电流电压转换和双极性输出。

图1:双极性精密直流转换(原理示意图)

电路描述

本电路利用一个运放,通过配置即可提供二象限乘法操作。 只连接一个运放(A1)时,A1的输出电压可由下式得出:

VOUT (A1) = -VREF(D/2N)

其中D为载入DAC的数字字,N为位数:D = 0至255(8位AD5426);D = 0至1023(10位AD5432);D= 0至4095(12位AD5443)。

在一些应用中,可能需要实现全四象限乘法操作或双极性输出摆幅,这可以利用另一个外部放大器(A2)和一些外部电阻来轻松实现,如图1所示。本电路中,第二放大器A2提供两倍增益,利用基准电压提供的偏置电压使外部放大器偏置,便可实现全四象限乘法操作。根据电路的传递函数,正负输出电压由通过输入数据D产生,D从代码0(VOUT = − VREF) 递增至中间电平(VOUT = 0 V) ,和满量程(VOUT = + VREF)。VOUT的计算公式如下:

VOUT = VREF × (D/2N-1) − VREF

其中D为载入DAC的数字字,N为位数:D = 0至255(8位AD5426);D = 0至1023(10位AD5432);D= 0至4095(12位AD5443)。

本电路采用高精度、高稳定性、10 V精密基准电压源ADR01,它与电路的VREF 输入相连,如图1所示。基准电压源的温度系数和长期漂移是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。

运算放大器的电源电压会限制DAC可以使用的基准电压。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0.4 mV)和偏置电流(典型值为2 pA)的AD8066运算放大器。

运算放大器A1的输入失调电压要乘以电路的可变噪声增益(因为存在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12位AD5443,LSB大小为10 V/212 = 2.44 mV,而AD8066的输入失调电压仅为0.4 mV。

为使电路正常工作,必须采用出色的接地、布局和去耦技术。所有电源引脚均应采用低电感、0.1 μF陶瓷电容直接在引脚上去耦。对地连接应直接与较大面积的接地层相连。在每个电源进入印刷电路板的位置,建议采用1 μF至10 μF电解电容进行额外去耦。为简明起见,图1未显示这些去耦电容。

常见变化

OP2177 是另一款适合该电流电压转换电路的出色的双通道运算放大器,它同样具有低失调电压(典型值为15 μV)和超低偏置电流(典型值为0.5 nA)特性。ADR02ADR03也是适用的低噪声基准电压源,分别提供5.0 V和2.5 V输出,与ADR01同属一个基准电压源系列。另一种适用的低噪声基准电压源系列产品是ADR441ADR445 。请注意,基准输入电压VREF的值受所选运算放大器的轨到轨输出电压摆幅限制。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD5432 10-BIT、高带宽、串行接口乘法DAC AD5432YRMZ
AD5443 12位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5443YRMZ
AD8066 高性能、145 MHz FastFET™运算放大器 AD8066ARZ AD8066ARMZ
沪ICP备09046653号
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