CN0052: 利用8-14位DAC AD5450/1/2/3实现单极性、精密直流数模转换

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概览

电路笔记PDF, 09/2010 (pdf, 112 kB)
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优势和特点
  • 可编程输出电平
  • 反相信号配置
  • 高性能、低噪声
此电路中所用产品
    应用: 
  • 电子测试和测量

电路功能与优势

本文所述电路为一种高性能、单极性、精密DAC配置,采用 AD5450/AD5451/AD5452/AD5453 系列精密乘法DAC,低噪声、高精度运算放大器OP177以及精密基准电压源 OP177 以及精密基准电压源 ADR01。运算放大器可决定电路的整体直流精度性能,因此高精度、低噪声运算放大器OP177非常适合于注重性能的应用。该电路还采用高精度、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,所以是此类应用的理想器件。

图1:单极性精密直流配置

电路描述

该电路采用CMOS、电流输出DAC AD5450/51/52/53,可分别提供8位、10位、12位和14位操作。由于这是一款电流输出DAC,因此需要一个运算放大器在DAC的输出端进行电流电压(I-V)转换。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,所以该电路采用具有超低失调电压和偏置电流的OP177运算放大器。OP177和AD5450/1/2/3可以通过配置,轻松实现二象限乘法操作或单极性输出电压摆幅,如图1所示。AD5450/51/52/53均采用5 V CMOS工艺设计,电源电压 VDD 为2.5 V至5.5 V 。AD5450/51/52/53接受最高达10 V的 VREF 输入范围,如图1中的基准电压源ADR01所示,该基准电压源要求最小电源电压 (VDD1) 为12 V,并可采用给输出放大器供电的同一电源电压驱动。

当输出放大器以单极性模式连接时,输出电压可由下式得出:

VOUT = -VREF (D/2N)

其中D为载入DAC数字字的小数表示,N为位数;D = 0至255(8位AD5450);D = 0至1023(10位AD5451);D= 0至4095(12位AD5452);D= 0至16383(14位AD5453)。

运算放大器的输入失调电压也会和电路的可变增益(由于存在DAC的代码相关输出电阻)相乘。由于放大器的输入电压出现失调,因而两个相邻数字小数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,为了确保整个代码内步进时保持单调性,输入失调电压应为LSB的一小部分。

相对精度或端点非线性是确定DAC电路精度性能时运用最广泛的技术之一。它测量一条穿过DAC传递函数端点直线的最大偏离量,测量在零电平和满量程调整之后进行,一般以LSB表示。图2显示图1中采用14位DAC AD5453和OP177放大器的电路性能。

图2:AD5453相对精度图

在任何注重精度的电路中,精心考虑电源和接地回路布局有助于确保达到额定性能。AD5450/51/52/53 DAC的印制电路板应采用模拟部分与数字部分分离设计,并限制在某些电路板区域内。如果DAC所在系统中有多个器件要求AGND至DGND连接,则只能在一个点上进行连接。星形接地点应尽可能靠近器件。这些DAC应采用足够大的电源旁路电容10 µF,与电源上的0.1 µF电容并联,并且尽可能靠近封装,最好是正对着器件。0.1 µF电容应具有低有效串联电阻(ESR)和低有效串联电感(ESI),与高频时提供低阻抗接地路径的普通陶瓷型电容一样,能够处理内部逻辑开关所引起的瞬态电流。电源处也应当运用低ESR 1 µF至10 µF钽电容,以便尽可能减少瞬态干扰,并滤除低频纹波。VREF与RFB之间的PCB金属走线也应当匹配,使增益误差达到最小。为了优化高频性能,电流电压放大器应尽可能靠近DAC。这个已验证电路的原理图和布局请参见AD5450/51/52/53数据手册中的图61至图64。

常见变化

OP1177AD8065 均为适合电流电压转换电路的出色的运算放大器产品,二者皆具有低失调电压和超低偏置电流特性。

10.0 V输出ADR01可以用 ADR02ADR03 代替,二者均为低噪声基准电压源,与ADR01同属一个基准电压源系列,分别提供5.0 V和2.5 V输出。 ADR445ADR441 超低噪声基准电压源也是合适的替代器件,分别提供5.0 V和2.5 V输出。请注意,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。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD5450 8位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5450YUJZ-REEL7
AD5451 10位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5451YUJZ-REEL7
AD5452 12位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5452YRMZ AD5452YUJZ-REEL7
AD5453 14位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5453YUJZ-REEL7 AD5453WBCPZ-RL AD5453YRMZ AD5453YRM
ADR01 超紧凑、10.0 V精密基准电压源 ADR01ARZ ADR01AKSZ-REEL7 ADR01AUJZ-REEL7
OP177 超精密运算放大器

欲获取样片,请 联系ADI公司

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