问:
 
乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的其他应用?
 
答:
 
大多数数模转换器(DAC)采用固定的正基准电压工作,输出电压或电流与基准电压和设定的数字码的乘积成比例。而对于所谓的乘法数模转换器(MDAC),情况并非如此,其基准电压可以变化,变化范围通常是±10V。因此,通过基准电压和数字码可以影响模拟输出(在这两种情况下都是动态的)。
 
应用
 
借助相应的接线,模块可以输出放大、衰减或反转的信号(相对于基准信号而言)。因此,其应用领域包括波形发生器、可编程滤波器和 PGA(可编程增益放大器),以及其他必须调整失调或增益的很多应用。
 
图 1. 具有可变增益的电路(PGA)
 
图 1 显示了一个带下游放大器的 14 位 MDAC AD5453,放大器可根据 DAC 的编程数字码放大或削弱信号。
 
电路计算
 
该电路的输出电压(VOUT)计算如下:
 
 
增益
 
除了增益和 DAC 的设定数字码 D 之外,输出电压还受运算放大器电源电压的影响或限制。在所示情况下,ADA4637-1 放大器的电源电压为±15 V 电压,应输出±12V 的最大电压,因此其控制范围足够大。增益由电阻 R2 和 R3 确定:
 
 
增益
 
所有电阻(R1 至 R3)应具有相同的电阻温度系数(TCR),但不一定要与 DAC 内部电阻的 TCR 相同。电阻 R1 用于根据 R2 和 R3 及以下关系调整 DAC 内部电阻(RFB):
 
R1 + RFB = RFB + R2 || R3
 
R1 = R2 || R3
 
选择电阻时,必须确保运算放大器在最大输入电压时仍处于工作范围内(DAC 可以在 VREF 下处理±10 V)。还应注意,放大器的输入偏置电流(IBIAS)会被电阻(RFB + R2 || R3)放大,这对失调电压有相当大的影响。选择具有超低输入偏置电流和超低输入失调电压(依据数据手册)的运算放大器 ADA4637-1 正是基于这个原因。为了防止闭环控制系统不稳定或所谓的响铃振荡,在 IOUT 和 RFB 之间插入 4.7 pF 电容;特别推荐将这一做法用于快速放大器。
 
如前所述,放大器的失调电压会被闭环增益放大。当设置增益的外部电阻发生改变,变化值对应于数字步长时,此值会增加到期望值上,产生微分非线性误差。如果它足够大,可能会导致 DAC 行为非单调。为避免这种效应,有必要选择低失调电压和低输入偏置电流的放大器。
 
相比其他电路的优势
 
原则上,如果允许使用外部基准电压源,那么也可以使用标准 DAC,不过标准 DAC 与 MDAC 之间有一些重大区别。标准 DAC 的基准输入只能处理幅度有限的单极性电压。除幅度外,基准输入带宽也非常有限。这在数据手册中用乘法带宽值表示。以 AD5664 16 位 DAC 为例,该值为 340 kHz。乘法 DAC 的基准输入可以使用双极性电压,其也可以高于电源电压。带宽同样高得多——AD5453 的典型带宽为 12 MHz。
 
结语
 
乘法数模转换器的使用不是那么广泛,但其提供了许多可能性。除了高带宽的自制 PGA 以外,移动应用也是非常合适的应用,因为其功耗要求低于 50 μW。
 
Thomas Tzscheetzsch [thomas.tzscheetzsch@analog.com]于 2010 年加入 ADI 公司,担任高级现场应用工程师。2010 年至 2012 年,他负责支持德国中部地区的客户群,自 2012 年以来,他任职于关键客户团队,为关键客户提供支持服务。2017 年重组后,他负责中欧国家 IHC 市场的 FAE 团队,担任 FAE 经理。
 
在职业生涯的最初阶段,他于 1992 年至 1998 年在一家机械制造公司任电子工程师兼部门负责人。在哥廷根应用科学大学完成电气工程学习后,他任职于 Max Planck 研究院从事太阳能系统研究工作,担任硬件设计工程师。2004 年至 2010 年,他任职于 ADI 公司产品经销商的现场应用工程师。