CN0143: 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器

精确设计,严谨验证,即取即用。了解更多

概览

电路笔记PDF, 06/2014 (pdf, 628 kB)
下载英文版PDF, 11/2010 (pdf,  197kB)
优势和特点
  • 单端转差分
  • 消除噪声和共模误差
  • 采用单电源实现轨到轨输出
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

采用单端信号走线时,来自信号源的一条导线贯穿于整个系统,直至数据采集接口。所测量的电压为信号与地的差值。遗憾的是,因为接地阻抗不可能绝对为0,所以“地”在不同的地方可能具有不同的电平。这样,使用单端信号走线就可能导致误差,特别是当信号走线较长,且地电流含有较大数字瞬变时。单端信号走线对噪声拾取敏感,因为它会起到天线的作用,拾取电活动的噪声。对于单端输入,无法区分信号与干扰噪声,大部分接地和噪声问题都通过差分信号技术来解决。

采用差分信号走线时,两条信号线从信号源接到数据采集接口,这就可以解决单端连接所引起的上述问题。发送接地层与接收接地层之间的噪声充当一个共模信号,因而得以大大衰减。使用双绞线会使噪声拾取表现为共模信号,它在接收端也会大大衰减。差分传输还有一个优势,即差分信号的幅度是等效单端信号的两倍,因此噪声抗扰度更高。

本文所述电路是一个差分驱动器;经过调整后,它既可用于电压输出DAC,也可用于电流输出DAC。该驱动器基于双通道运算放大器AD8042,配置为交叉耦合差分驱动器。AD8042具有一个轨到轨输出级和一个输入级,输出级在任一电源轨的30 mV范围内工作,输入级则可在负电源(本电路中为地)以下200 mV和正电源的1 V范围内工作。此外,AD8042具有160 MHz带宽和快速建立时间,堪称输出驱动器的理想选择。

电压输出DAC为nanoDAC®系列的12位AD5620AD5443,它采用10引脚MSOP封装。

针对从工业CMOS DAC产生差分信号的应用,这两个电路代表一种高性价比、低功耗、小尺寸解决方案。两个电路均采用+5 V单电源供电。

图1. 用于电压输出DAC AD5620的差分驱动器

电路描述

图1所示电路采用+5 V单电源供电,并使用电压输出DAC AD5620。DAC的输入由一个SPI端口控制。DAC的输出摆幅为0 V至+5 V。DAC片内基准电压源(+2.5 V)用来设置AD8042差分驱动器电路的共模电压。该基准电压源的温度系数为5 ppm/°C。V−端的输出是以+2.5 V共模电压为中心的反向DAC输出。反馈网络和U2-B迫使V+端的电压与V−端的电压相位相差180°。该驱动器输入端和输出端的波形如图2所示。差分输出限制在各电源轨的大约30 mV范围内;因此,如果DAC在这些区间工作,将会发生一定的削波。

图2. 图1电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−

图3所示电路也采用+5 V单电源供电,并使用电流输出DAC AD5443,其IOUT2引脚接+2.5 V,VREF引脚接地。4.096 V精密基准电压源ADR444 和一个分压器网络,用来产生该DAC IOUT2引脚所用的+2.5 V电压以及输出驱动器级所用的+3.75 V共模电压。

图3. 用于电流输出DAC AD5443的差分驱动器

在这些条件下,U2-A的输出摆幅为+2.5 V至+5 V。该驱动器的差分输出限制在正电源轨的大约30 mV范围内;因此,如果DAC在该区间工作,将会发生一定的削波。图4显示图3的输出驱动器级对应的输入和输出波形。

图4. 图3电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−

该单端差分转换器级的带宽典型值为10 MHz。不过,最大输出频率由DAC更新速率控制,AD5620为125 kSPS,AD5443为2.5 MSPS。根据采样原理,最大输出频率约为最大更新速率的三分之一。

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能,必须采用出色的布局、接地和去耦技术(请参考教程MT-031教程MT-101)。

常见变化

AD5640AD5660 分别是AD5620的14位和16位版本。 AD5446 是AD5443的14位版本。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD5443 12位、高带宽、串行接口乘法DAC AD5443YRMZ
AD5620 单通道、12位nanoDAC®,内置5 ppm/°C片内基准电压源,采用SOT-23封装 AD5620CRMZ-1 AD5620CRM-3 AD5620CRMZ-2 AD5620CRM-1 AD5620CRMZ-3 AD5620ARJZ-2500RL7 AD5620BRJ-1500RL7 AD5620BCPZ-1500RL7 AD5620BRJZ-1500RL7 AD5620BCPZ-2500RL7 AD5620BCPZ-2RL7 AD5620BCPZ-1RL7 AD5620ARJZ-1500RL7 AD5620BRJZ-2500RL7
AD8042 双路160 MHZ轨到轨放大器 AD8042ARZ
沪ICP备09046653号
评价这款电路 X
content here.
content here.

评价这款电路

关闭