当前DAC的典型架构及其具体应用

本应用笔记讨论了当前DAC的典型架构及其具体应用。本文还讨论了如何选择它们来调节/裕量调节电源电压、偏置PIN二极管、控制可调谐激光发射器以及半导体光放大器（SOA）的增益和衰减

介绍

电子设备的全球使用对DAC提出了很高的要求，以将数字系统连接到模拟世界（如光纤通信网络）、偏置光电二极管或对模拟设备（如电源）进行数字控制，以精确地提供从极低微安到数百毫安的稳定、高分辨率电流。DAC的输出级可以设计为提供电压或电流输出。本应用笔记讨论了电流输出类型及其预期应用。

当前 DAC 架构

什么是数字转换器？

数模转换器（也称为DAC或D/A转换器）是一种将数量的数字表示转换为离散模拟值的电子设备。DAC的输入通常是数字二进制代码。该代码与已知基准电压一起，在DAC输出端产生电压或电流。理解“分立”一词非常重要，因为DAC无法提供连续时间输出信号。取而代之的是，它提供了模拟“步骤”。这些步骤可以进行低通滤波以获得连续信号。通过提高DAC的分辨率，可以增加离散步骤的数量，并减小步长（从而减小量化误差）。此操作产生的信号与连续时间信号非常接近。

图1显示了典型的电流DAC架构。该电流DAC由一系列R-2R电阻和开关组成。当接口数字输入代码被命令时，内部2R桥脚电阻相应定向至V裁判或通过开关接地。通过负载的输出是电流，其值与V成正比裁判/2n.其中 n 是所选交换机的数量。

图1.典型电流DAC架构。

DS4402电流转换器

图2所示为DS4402/DS4404电流DAC的功能框图。

DS4402/DS4404分别为2I和4I2分别为C可调电流DAC。每个器件都可以吸收或提供电流。每个输出具有 31 个灌电流和 31 个源设置，由 I 控制2C接口，和外部电阻RFS0到 R.CSV设置每个输出的满量程范围和步长。

图2.DS4402/DS4404电流DAC功能框图

DS4402/DS4404的应用

DS4402/DS4404可以吸收和拉出高达±2mA的电流，使其成为电源调节、电源裕量调节和可调吸电流或拉电流等应用的理想电流DAC。

图3所示为DS4402/DS4404用于控制电源输出电压的原理图，裕量±20%。可调电源具有 DC-DC 转换器输出电压 V外， 2.0V 和一个 DC-DC 转换器反馈电压 VFB，为 0.8V。

R 的值0安和 R0B电阻器确定如下：

VFB = VOUT × R / (R0A + R0B)

其中，VOUT = 2.0V and VFB = 0.8V

将等式2中的VOUT和VFB代入等式1，得到等式3。

0.8 = 2.0 × R0B / (R0A + R0B)

重新排列等式 3 得到等式 4。

R0A = 1.5 × R0B

选择我出0为0.8mA，大约是DS4402/DS4404的中端源电流和灌电流。

从图 3 中，IOUT0 = I0A – I0B

另外，从图 3 中，I0B= VFB, 10B

I0A = (VOUT – VFB) / R0A

将等式 4、6 和 7 代入等式 5，得到以下等式 8。

R0B = [(VOUT – VFB) / 1.5 – VFB] / IOUT0

要实现 20% 的电源电压裕量，请设置 VOUT为2.4V。

根据公式8，R0B计算为333O，R0A计算为500O。在这种配置中，DS4402/DS4404电流DAC具有±0.8mA的拉电流和灌电流能力，允许输出电压在1.6V至2.4V范围内线性移动。

图3.使用DS4402/DS4404电流DAC调节电源电压。

MAX5550电流DAC

MAX5550双通道、10位DAC具有高达30mA的高输出电流，非常适合需要约10mA至20mA直流电流的PIN二极管偏置应用。

图4所示为MAX5550功能框图。

图4.MAX5550功能框图

无线设计中通常需要射频（RF）衰减作为可变衰减器，以将RF信号降低或增加到适当的水平以满足系统要求。图5所示为典型的PIN二极管偏置电路。当MAX550的直流偏置电流增加时，PIN二极管的正向电阻减小，从而减小RF信号路径的衰减。类似地，当MAX550的直流偏置电流减小时，PIN二极管的正向电阻增大，进而增大RF信号路径的衰减。

系统控制器调节PIN二极管电阻（R针）值，通过改变MAX5550通过PIN二极管的电流源。因此，可以使用MAX5550电流DAC来控制信号衰减。

图5.偏置PIN二极管，采用MAX5550电流DAC

MAX5112/MAX5113电流DAC

可调谐半导体激光管需要具有高电流输出、低噪声和低数字馈通的高精度电流源。MAX5112/MAX5113缓冲电流DAC经过专门设计，特别适合可调谐激光控制，因为它们可以驱动高达300mA的可调谐激光器，并提供可调谐半导体激光管所需的其它有吸引力的特性。MAX5112和MAX5113设计用于与I2分别为 C 和 SPI。

图6所示为14位MAX5112/MAX5113 DAC，具有9通道、电流输出DAC。器件采用+3.0V低电源供电，无需任何调整即可提供14位性能。器件的输出范围经过优化，可偏置高功率可调谐激光源。9 个通道中的每一个都提供 2mA 至 300mA 的电流源。此外，MAX5112/MAX5113设计用于提供额外的电流，或通过并联DAC输出来实现更高的分辨率。

MAX5112/MAX5113在满量程时也具有低噪声密度，在满量程时仅为0.5nA/vHz（2mA时）和56nA/vHz（300mA时）和数字接口馈通保持低至约4LSB，如图7所示，以确保半导体激光管应用的低抖动工作。

图6.MAX5112/MAX5113电流DAC的功能框图

图7.MAX5112数字接口馈通

MAX5112/MAX5113电流DAC的应用

MAX5112/MAX5113设计用于提供高达300mA的电流源和低至-60mA的吸电流。这种吸引人的特性允许控制半导体光放大器（SOA），该放大器通过受激发射放大入射光，通过提供高达300mA的电流来补偿传输损耗来设置增益，或者通过吸收高达-60mA的电流来设置衰减，如图8所示。

图8.MAX5112/MAX5113用于控制SOA。

图 9 显示了 Lumentum LambdaFLEX™可调谐 10G TOSA。这款高性能可调谐激光发射器集成了一个带I2激光器、SOA 和 M-Z 函数的 C 接口。

图9.Lumentum LambdaFLEX™可调谐 10G TOSA。

结论

电流DAC有不同的输出电流电平，即低、中和高。低电流DAC可以提供μA至几mA的输出，中型器件可以提供数十mA量级的输出，高输出电流部分可以提供数百mA的输出。它们专为不同的应用而设计。DS4402/DS4404采用低电流输出DAC，用于调节电源输出电压优化。中电流输出DAC（如MAX5550）设计用于PIN二极管偏置，仅需高达20mA的电流。大电流输出DAC，如MAX5112/MAX5113，能够供应和吸收高达300mA和低至-60mA的电流，专为高性能可调谐激光发送器以及控制SOA的增益和衰减而设计。

审核编辑：郭婷