問(wèn)題終結(jié)者:乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器
問(wèn):
乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的其他應(yīng)用?
答:
大多數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 采用固定的正基準(zhǔn)電壓工作,輸出電壓或電流與基準(zhǔn)電壓和設(shè)定的數(shù)字碼的乘積成比例。而對(duì)于所謂的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (MDAC),情況并非如此,其基準(zhǔn)電壓可以變化,變化范圍通常是 ±10V。因此,通過(guò)基準(zhǔn)電壓和數(shù)字碼可以影響模擬輸出(在這兩種情況下都是動(dòng)態(tài)的)。
應(yīng)用
借助相應(yīng)的接線,模塊可以輸出放大、衰減或反轉(zhuǎn)的信號(hào)(相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)而言)。因此,其應(yīng)用領(lǐng)域包括波形發(fā)生器、可編程濾波器和 PGA (可編程增益放大器),以及其他必須調(diào)整失調(diào)或增益的很多應(yīng)用。
圖 1.具有可變?cè)鲆娴碾娐?(PGA)
圖 1 顯示了一個(gè)帶下游放大器的 14 位 MDAC AD5453,放大器可根據(jù) DAC 的編程數(shù)字碼放大或削弱信號(hào)。
電路計(jì)算
該電路的輸出電壓 (VOUT) 計(jì)算如下:
增益
除了增益和 DAC 的設(shè)定數(shù)字碼D之外,輸出電壓還受運(yùn)算放大器電源電壓的影響或限制。在所示情況下,ADA4637-1 放大器的電源電壓為 ±15 V 電壓,應(yīng)輸出 ±12V 的最大電壓,因此其控制范圍足夠大。增益由電阻 R2 和 R3 確定:
增益
所有電阻 (R1 至 R3) 應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) (TCR),但不一定要與 DAC 內(nèi)部電阻的 TCR 相同。電阻 R1 用于根據(jù) R2 和 R3 及以下關(guān)系調(diào)整 DAC 內(nèi)部電阻 (RFB):
R1 + RFB = RFB + R2 || R3
R1 = R2 || R3
選擇電阻時(shí),必須確保運(yùn)算放大器在最大輸入電壓時(shí)仍處于工作范圍內(nèi) (DAC 可以在 VREF 下處理 ±10 V)。還應(yīng)注意,放大器的輸入偏置電流 (IBIAS) 會(huì)被電阻 (RFB + R2 || R3) 放大,這對(duì)失調(diào)電壓有相當(dāng)大的影響。選擇具有超低輸入偏置電流和超低輸入失調(diào)電壓(依據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè))的運(yùn)算放大器 ADA4637-1 正是基于這個(gè)原因。為了防止閉環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或所謂的響鈴振蕩,在 IOUT 和 RFB 之間插入 4.7 pF 電容;特別推薦將這一做法用于快速放大器。
如前所述,放大器的失調(diào)電壓會(huì)被閉環(huán)增益放大。當(dāng)設(shè)置增益的外部電阻發(fā)生改變,變化值對(duì)應(yīng)于數(shù)字步長(zhǎng)時(shí),此值會(huì)增加到期望值上,產(chǎn)生微分非線性誤差。如果它足夠大,可能會(huì)導(dǎo)致 DAC 行為非單調(diào)。為避免這種效應(yīng),有必要選擇低失調(diào)電壓和低輸入偏置電流的放大器。
相比其他電路的優(yōu)勢(shì)
原則上,如果允許使用外部基準(zhǔn)電壓源,那么也可以使用標(biāo)準(zhǔn) DAC,不過(guò)標(biāo)準(zhǔn) DAC 與 MDAC 之間有一些重大區(qū)別。標(biāo)準(zhǔn) DAC 的基準(zhǔn)輸入只能處理幅度有限的單極性電壓。除幅度外,基準(zhǔn)輸入帶寬也非常有限。這在數(shù)據(jù)手冊(cè)中用乘法帶寬值表示。以 AD5664 16 位 DAC 為例,該值為 340 kHz。乘法DAC的基準(zhǔn)輸入可以使用雙極性電壓,其也可以高于電源電壓。帶寬同樣高得多——AD5453 的典型帶寬為 12 MHz。
結(jié)語(yǔ)
乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的使用不是那么廣泛,但其提供了許多可能性。除了高帶寬的自制 PGA 以外,移動(dòng)應(yīng)用也是非常合適的應(yīng)用,因?yàn)槠涔囊蟮陀?50 μW。
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