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■采用乘法DAC时，如何集成输出放大器？

你也许知道 ， 某些 DAC 包含可在输出端生成基准电压的 R2R 网络 。这些电阻都是精密电阻 。它们通常用来根据发送到 DAC 的数字值切换电流 ， 从而在输出放大器端产生一个电压 。采用乘法 DAC 时 ， 并未集成输出放大器 。这就有可能实现某些非常规应用 ， 并将 R2R 网络用作一个电阻 。
感兴趣吗？今天就有请 ADI 医疗健康行业客户的现场应用工程师经理 Thomas Tzscheetzsch 为您讲解“乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的应用” 。
大多数 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 。
■采用乘法DAC时，如何集成输出放大器？
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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：
【■采用乘法DAC时，如何集成输出放大器？】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：
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 R 2 和 R3 及以下关系调整 DAC 内部电阻 (RFB)：
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 。


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