AN-1497: 8位至12位DAC AD5426/AD5432/AD5443的精密、双极性配置
电路功能与优势
本电路是一种双极性、精密直流数模转换器(DAC)配置，采用精密乘法DAC和低噪声运算放大器。DAC是核心可编程元件，放大器选择则决定精度或速度性能。对于精密、高精度、低噪声应用，AD8066双通道运算放大器可提供电流到电压（I到V）转换和双极性输出。
注释
1. 仅在需要调整增益时，才使用电阻 R1 和 R2。向数模转换器（DAC）载入编码 10000000，调节电阻 R1，使输出电压（ VOUT）为 0 伏。
2. 电阻对 R3 与 R4 的匹配性和一致性至关重要。
3. 若运算放大器 A1/A2 为高速放大器，则可能需要接入电容 C1 进行相位补偿（电容取值范围为 1pF 至2pF）。
电路描述
只需一个运算放大器，即可配置本电路来提供二象限乘法 操作。当连接单个运算放大器(A1)时，A1的输出电压(VOUT)通 过下式计算：
VOUT(A1) = − VREF × (D/2N)
其中：
D为载入DAC的数码字，而 N 为位数：D = 0至255（8位 AD5426）；D = 0至1023（10位 AD5432）；D = 0至4095（12位 AD5443)。
VREF为基准输入电压。
在某些应用中，可能需要实现全四象限乘法操作或双极性输出摆幅。为此，应再使用一个外部放大器(A2)和R3、R4、R5外部电阻，如图1所示。在该电路中，第二放大器(A2)提供2倍增益。利用基准电压提供的偏置电压使外部放大器偏置，便可实现全四象限乘法操作。该电路的传递函数显示，当输入数据(D)从代码零((VOUT = −VREF)递增至中间电平(VOUT = 0 V)，再递增至满量程(VOUT = +VREF)时，就会产生正负输出电压。
VOUT通过下式计算：
VOUT = VREF × (D/2N-1) − VREF
该电路使用高精度、高稳定性、10 V精密基准电压源ADR01。基准电压连接到图1中电路的VREF输入。对于需要高精度转换的应用，基准电压源的温漂和长期漂移是主要考虑因素，因此该器件是理想选择。
该运算放大器的电源电压限制了DAC可以使用的基准电压。对于精密电流输出DAC，运算放大器的输入偏置电流和失调电压均为重要的选择标准。该电路采用具有超低输入失调电压（典型值为0.4 mV）和输入偏置电流（典型值为2 pA）的AD8066运算放大器。
运算放大器A1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，引起微分线性误差；如果该误差足够大，可能会导致DAC非单调。一般而言，为确保沿各代码步进时保持单调性，输入失调电压需为LSB的一小部分。对于12位AD5443，LSB大小为10 V/212 = 2.44 mV，而AD8066的 输入失调电压仅为0.4 mV。
为确保电路正常工作，需采用适当的接地、布局及去耦技术。所有电源引脚均需在引脚处直接并联一个低电感的0.1 μF陶瓷电容进行去耦。确保其接地端直接连接至大面积接地平面。建议在每个电源进入印刷电路板(PCB)的位置，额外并联一个1 μF至10 μF的电解电容以增强去耦效果。为简洁起见，图1中未显示这些去耦电容。
常见变化
OP2177 是另一款适合该电流电压转换电路的双通道运算放大器。它同样具有低输入失调电压（典型值为15 μV）和超低输入偏置电流（典型值为0.5 nA）特性。ADR02和ADR03也是适用的低噪声基准电压源，分别提供5.0 V和2.5 V输出，与ADR01同属一个基准电压源系列。另一个合适的低噪声基准电压源系列是ADR441 和 ADR445 产品。基准输入电压VREF的值受所选运算放大器的轨到轨输出电压摆幅限制。
参考文献
Walt Kester，2005 年 。第 3 章和第7章，《数据转换手册》 ，ADI 公司。
教程MT-015，基本DAC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。