AN-1489:利用AD5547/AD5557 DAC实现精密、单极性、反相转换

电路功能与优势

图 1 所示电路采用电流输出数模转换器(DAC) AD5547/ AD5557、精密基准电压源 ADR03 和运算放大器 AD8628，实现精密、单极性、反相数据转换。

图1. 单极性四象限乘法模式，V_OUT = 0 V至-V_REF （原理示意图）

该电路具有精密、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(ATE)和数字校准等应用。

电路描述

AD5547/AD5557 分别是 16 位/14 位、双通道、精密、乘法、低功耗、电流输出、并行输入 DAC，采用 2.7 V 至 5.5 V 单电源供电，四象限输出的基准电压为±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尽可能减少。

该电路使用高精度、高稳定性、2.5 V 精密基准电压源ADR03。对于需要高精度的应用，基准电压源的温漂和时漂均为主要考虑因素，因此 ADR03 是理想选择。

该电路的电流电压转换级中使用了运算放大器。配合精密电流输出 DAC 使用时，运算放大器的偏置电流和失调电压均为重要的选择标准。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。补偿电容 C7 经过优化，用来补偿 DAC的外部输出电容。

请注意，AD8628 具有轨到轨(R-R)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。对于图 1 所示电路，输出摆幅为−2.5V 至约−1 mV。

运算放大器的输入失调电压会和电路的可变噪声增益（由于存在 DAC 的代码相关输出电阻）相乘。由于放大器的输入失调电压，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，输入失调电压须为 LSB 的一小部分。对于 ADR03 和 AD5547，LSB 大小为：

XXXXX

AD8628 自稳零运算放大器的输入失调电压典型值为 1 µV，与 LSB 大小相比可以忽略不计。

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。对于 AD8628，输入偏置电流典型值仅为 30 pA；当其流经 RFB 电阻（典型值为 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 梯形网络设计，要求使用外部基准电压源和运算放大器，以便转换为输出电压。AD5547 的输出电压 V_OUT可通过下式计算：

XXXXX

其中 D为输入码的十进制等效值。

AD5557 的输出电压 V_OUT可通过下式计算：

XXXXX

常见变化

AD8629 是 AD8628 的双通道版本，适用于多通道应用。 AD8605是另一款适合该电流电压转换电路的运算放大器，同样具有低失调电压和低偏置电流特性。ADR01 和 ADR02 也是低噪声基准电压源，与 ADR03 同属一个基准电压源系列。其他合适的低噪声基准电压源有 ADR441 和 ADR445。基准输入电压的大小受所选运算放大器的 R-2R 电压限制。

利用 AD5547/AD5557 DAC 中 R-2R 结构的乘法带宽特性，图 1 所示电路也可以用作可变增益元件。在此配置中，移除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。