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CN0143 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器
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2021-06-04
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CN0143 AD5640和AD5660 分别是AD5620的14位和16位版本。 AD5446 是AD5443的14位版本。
图1所示电路采用+5 V单电源供电，并使用电压输出DAC AD5620。DAC的输入由一个SPI端口控制。DAC的输出摆幅为0 V至+5 V。DAC片内基准电压源(+2.5 V)用来设置AD8042差分驱动器电路的共模电压。该基准电压源的温度系数为5 ppm/°C。V−端的输出是以+2.5 V共模电压为中心的反向DAC输出。反馈网络和U2-B迫使V+端的电压与V−端的电压相位相差180°。该驱动器输入端和输出端的波形如图2所示。差分输出限制在各电源轨的大约30 mV范围内；因此，如果DAC在这些区间工作，将会发生一定的削波。
图2. 图1电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−
图3所示电路也采用+5 V单电源供电，并使用电流输出DAC AD5443，其IOUT2引脚接+2.5 V，VREF引脚接地。4.096 V精密基准电压源ADR444 和一个分压器网络，用来产生该DAC IOUT2引脚所用的+2.5 V电压以及输出驱动器级所用的+3.75 V共模电压。
图3. 用于电流输出DAC AD5443的差分驱动器
在这些条件下，U2-A的输出摆幅为+2.5 V至+5 V。该驱动器的差分输出限制在正电源轨的大约30 mV范围内；因此，如果DAC在该区间工作，将会发生一定的削波。图4显示图3的输出驱动器级对应的输入和输出波形。
图4. 图3电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−
该单端差分转换器级的带宽典型值为10 MHz。不过，最大输出频率由DAC更新速率控制，AD5620为125 kSPS，AD5443为2.5 MSPS。根据采样原理，最大输出频率约为最大更新速率的三分之一。
为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术（请参考教程MT-031和教程MT-101）。
CN0143 CN0143 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器 采用单端信号走线时，来自信号源的一条导线贯穿于整个系统，直至数据采集接口。所测量的电压为信号与地的差值。遗憾的是，因为接地阻抗不可能绝对为0，所以“地”在不同的地方可能具有不同的电平。这样，使用单端信号走线就可能导致误差，特别是当信号走线较长，且地电流含有较大数字瞬变时。单端信号走线对噪声拾取敏感，因为它会起到天线的作用，拾取电活动的噪声。对于单端输入，无法区分信号与干扰噪声，大部分接地和噪声问题都通过差分信号技术来解决。
采用差分信号走线时，两条信号线从信号源接到数据采集接口，这就可以解决单端连接所引起的上述问题。发送接地层与接收接地层之间的噪声充当一个共模信号，因而得以大大衰减。使用双绞线会使噪声拾取表现为共模信号，它在接收端也会大大衰减。差分传输还有一个优势，即差分信号的幅度是等效单端信号的两倍，因此噪声抗扰度更高。
本文所述电路是一个差分驱动器；经过调整后，它既可用于电压输出DAC，也可用于电流输出DAC。该驱动器基于双通道运算放大器AD8042，配置为交叉耦合差分驱动器。AD8042具有一个轨到轨输出级和一个输入级，输出级在任一电源轨的30 mV范围内工作，输入级则可在负电源（本电路中为地）以下200 mV和正电源的1 V范围内工作。此外，AD8042具有160 MHz带宽和快速建立时间，堪称输出驱动器的理想选择。
电压输出DAC为nanoDAC®系列的12位AD5620。它内置一个5 ppm/°C片内基准电压源，采用8引脚SOT-23或MSOP封装。电流输出DAC为12位AD5443，它采用10引脚MSOP封装。
针对从工业CMOS DAC产生差分信号的应用，这两个电路代表一种高性价比、低功耗、小尺寸解决方案。两个电路均采用+5 V单电源供电。
图1. 用于电压输出DAC AD5620的差分驱动器
CN0143 CN0143 | circuit note and reference circuit info 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器 | Analog Devices 采用单端信号走线时，来自信号源的一条导线贯穿于整个系统，直至数据采集接口。所测量的电压为信号与地的差值。遗憾的是，因为接地阻抗不可能绝对为0，所以“地”在不同的地方可能具有不同的电平。这样，使用单端信号走线就可能导致误差，特别是当信号走线较长，且地电流含有较大数字瞬变时。单端信号走线对噪声
图2. 图1电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−
图3所示电路也采用+5 V单电源供电，并使用电流输出DAC AD5443，其IOUT2引脚接+2.5 V，VREF引脚接地。4.096 V精密基准电压源ADR444 和一个分压器网络，用来产生该DAC IOUT2引脚所用的+2.5 V电压以及输出驱动器级所用的+3.75 V共模电压。
图3. 用于电流输出DAC AD5443的差分驱动器
在这些条件下，U2-A的输出摆幅为+2.5 V至+5 V。该驱动器的差分输出限制在正电源轨的大约30 mV范围内；因此，如果DAC在该区间工作，将会发生一定的削波。图4显示图3的输出驱动器级对应的输入和输出波形。
图4. 图3电路在100 kSPS更新速率时的VIN、V+和V−
该单端差分转换器级的带宽典型值为10 MHz。不过，最大输出频率由DAC更新速率控制，AD5620为125 kSPS，AD5443为2.5 MSPS。根据采样原理，最大输出频率约为最大更新速率的三分之一。
为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术（请参考教程MT-031和教程MT-101）。
CN0143 CN0143 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器 采用单端信号走线时，来自信号源的一条导线贯穿于整个系统，直至数据采集接口。所测量的电压为信号与地的差值。遗憾的是，因为接地阻抗不可能绝对为0，所以“地”在不同的地方可能具有不同的电平。这样，使用单端信号走线就可能导致误差，特别是当信号走线较长，且地电流含有较大数字瞬变时。单端信号走线对噪声拾取敏感，因为它会起到天线的作用，拾取电活动的噪声。对于单端输入，无法区分信号与干扰噪声，大部分接地和噪声问题都通过差分信号技术来解决。
采用差分信号走线时，两条信号线从信号源接到数据采集接口，这就可以解决单端连接所引起的上述问题。发送接地层与接收接地层之间的噪声充当一个共模信号，因而得以大大衰减。使用双绞线会使噪声拾取表现为共模信号，它在接收端也会大大衰减。差分传输还有一个优势，即差分信号的幅度是等效单端信号的两倍，因此噪声抗扰度更高。
本文所述电路是一个差分驱动器；经过调整后，它既可用于电压输出DAC，也可用于电流输出DAC。该驱动器基于双通道运算放大器AD8042，配置为交叉耦合差分驱动器。AD8042具有一个轨到轨输出级和一个输入级，输出级在任一电源轨的30 mV范围内工作，输入级则可在负电源（本电路中为地）以下200 mV和正电源的1 V范围内工作。此外，AD8042具有160 MHz带宽和快速建立时间，堪称输出驱动器的理想选择。
电压输出DAC为nanoDAC®系列的12位AD5620。它内置一个5 ppm/°C片内基准电压源，采用8引脚SOT-23或MSOP封装。电流输出DAC为12位AD5443，它采用10引脚MSOP封装。
针对从工业CMOS DAC产生差分信号的应用，这两个电路代表一种高性价比、低功耗、小尺寸解决方案。两个电路均采用+5 V单电源供电。
图1. 用于电压输出DAC AD5620的差分驱动器
CN0143 CN0143 | circuit note and reference circuit info 利用运算放大器AD8042构建用于电压输出和电流输出DAC的单端差分转换器 | Analog Devices 采用单端信号走线时，来自信号源的一条导线贯穿于整个系统，直至数据采集接口。所测量的电压为信号与地的差值。遗憾的是，因为接地阻抗不可能绝对为0，所以“地”在不同的地方可能具有不同的电平。这样，使用单端信号走线就可能导致误差，特别是当信号走线较长，且地电流含有较大数字瞬变时。单端信号走线对噪声- 单端转差分
- 消除噪声和共模误差
- 采用单电源实现轨到轨输出
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