AN-1491: 利用AD5547/AD5557 DAC实现精密、双极性配置
电路功能与优势
该电路采用电流输出数模转换器(DAC)AD5547/AD5557 、精密基准电压源ADR01和运算放大器AD8512，实现精密、双极性数据转换。
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、10 V 精密基准电压源 ADR01。对于需要高精度的转换应用，基准电压源的温漂和时漂均为主要考虑因素，因此该器件是理想选择。
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均为重要的选择标准。因此，该电路采用具有超低失调电压（B 级器件的典型值为 80μV）和输入偏置电流（典型值为 25 pA）的 AD8512 运算放大器。C9 为补偿电容。该应用的 C9 电容值为 2.2 pF，经过优化可以补偿 DAC 的外部输出电容。
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，输入失调电压应为 LSB 的一小部分。对于 ADR01 和 AD5547，LSB 大小为：
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 AD8512，输入偏置电流典型值仅为 25 pA；当其流经 RFB 电阻（典型值为 10 kΩ）时，仅产生 0.25 μV 的误差。
AD5547/AD5557 DAC 架构是采用电流舵型轨到轨阶梯电阻设计，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 (VOUT).
AD5547 的 VOUT通过下式计算：
其中，对于 16 位 DAC，D = 0 至 65,535（D 为输入码的十 进制等效值）。
AD5557 的 VOUT通过下式计算：
其中，对于 14 位 DAC， D= 0 至 16,383（D 为输入码的十 进制等效值）
常见变化
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。ADR02和 ADR03 也是低噪声基准电压源，与 ADR01 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。
要将这些电路用作可变增益元件，须利用 AD5547/AD5557DAC 的轨到轨结构的乘法带宽特性。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。
参考文献
ADIsimPower 设计工具。
Walt Kester，2005 年，《数据转换手册》第 3 章和第 4 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。