乘法DAC如何用于DAC以外的应用

您也许知道，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。

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：

 

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。