AN-1511: 采用AD5450/AD5451/AD5452/AD5453 电流输出DAC系列的可编程增益元件
电路功能与优势
在数模转换器(DAC)输出电压范围需大于输入电压的应用 场景中，可以采用可编程增益电路。该电路通过一款乘法 DAC(AD5450/AD5451/AD5452/AD5453)与一款高速、低失调运算放大器( AD8065)，实现可编程增益功能。外部电阻用于设定最大增益值与温漂，而DAC的分辨率则决定可编程增益的调节精度。
电路描述
图1所示电路就是推荐用来提高电路增益的方法。建议电阻R1、R2和R3均具有相近的温漂，但无需与DAC的温漂匹配。在要求增益大于1的电路中，推荐使用这种方法。
可通过公式1计算输出电压。
其中：
D为载入DAC的数码字。D= 0至255（8位AD5450）。D = 0 至1023（10位AD5451）。D = 0至4095（12位AD5452）。 D = 0至16383（14位AD5453）。
N为位数。
该电路的关键优势在于，能够通过电阻匹配来克服增益温漂(TC)误差。外部电阻的温漂必须相互匹配，但无需与DAC的内部梯形电阻温漂匹配。
电路中需要电阻R1，原因是R1与DAC输入阻抗之和必须等于总反馈电阻(RFB)与R2||R3之和。DAC的输入阻抗为RFB，因此可得：
选择R1和R2的阻值时，需确保在给定电源电压下，电路输出电压不超过运算放大器的输出范围。另外还应注意，运算放大器的偏置电流乘以总反馈电阻(RFB + R2||R3)，即可得出相应的失调电压。因此，若R1和R2的阻值过大，会对电路整体输出失调电压产生显著影响。
AD5450/AD5451/AD5452/AD5453系列产品基于互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计，其 VDD电源电压的工作范围为2.5 V至5.5 V。图1中的AD8065输出运算放大器由双电源（VDD1和 VSS）供电，该双电源的电压范围必须足够大，以容纳电路的模拟输出范围。通常情况下，±12 V电源即可满足需求。4.7 pF电容用于防止闭环应用中出现振铃或不稳定 问题。
运算放大器（运放）的输入失调电压也会和电路的可变噪声增益（由于DAC的输出电阻与代码相关）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，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。AD8065凭借低输入失调电压和低偏置电流的特性，能够解决这一问题。
常见变化
OP1177是另一款适合该电流电压转换(I-V)电路的优秀运算放大器，同样提供低失调电压和超低偏置电流特性。至于基准电压源的选择，输入电压会受所选运算放大器的轨到轨电压限制也受R2和R3设定的增益限制。
参考文献
Walt Kester，2005 年，《数据转换手册》，ADI 公司。第3和第7章，
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。