AN-1490: 利用AD5547/AD5557 DAC实现精密、单极性、同相配置
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、同相数据转换。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。对于要求高精度转换的应用，温漂和长期漂移是主要考虑因素，因此ADR03是理想选择。
该电路的电流电压转换(I-V)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是重要的选择标准。该电路采用具有超低输入失调电压（典型值为1μV）和输入偏置电流（典型值为30 pA）的AD8628 自稳零运算放大器。C7为补偿电容。该应用的C7电容值为2.2 pF，改容值经过优化，可用于补偿DAC的外部输出电容。
请注意，AD8628具有轨到轨输入和输出级，但输出只能在接近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，输出摆幅可达到约1 mV至2.5 V。
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DAC的输出电阻与码值相关）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阶跃变化。此输出电压变化与两个代码间所需的输出变化相叠加，产生微分线性误差；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：
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 架构采用电流舵轨到轨梯形电阻设计，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 VOUT通过下式计算：
其中D 为输入码的十进制等效值。
AD5557 的VOUT通过下式计算：
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，同样具有低输入失调电压和低输入偏置电流特性。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轨到轨电压限制。
利用AD5547/AD5557 DAC中轨到轨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。
参考文献
Walt Kester，2005 年，《数据转换手册》第 3 章和第 7 章，ADI 公司。
教程MT-015，DAC基本架构II：二进制DAC，ADI公司。
教程 MT-031，实现数据转换器的接地并解开 AGND 和DGND的谜团，ADI公司。
教程MT-033，电压反馈型运算放大器的增益和带宽，ADI公司。
教程MT-035，运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题，ADI公司。