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浅谈怎样减少高精度DAC中的加电/断电毛刺脉冲
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2017-11-14
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电压毛刺脉冲在信号链路径中很常见，特别在系统加电或断电时更是如此。根据峰值幅度和毛刺脉冲持续时间的不同，系统输出中的最终结果会是灾难性的。其中的一个示例就是工业电机控制系统，在这个系统中，数模转换器 （DAC） 驱动电机驱动器，以控制电机旋转。如果毛刺脉冲幅度高于电机驱动器的灵敏度阈值，当系统加电/断电时，电机会在没有任何方向控制的情况下旋转。
图1.经简化的输出级和加电毛刺脉冲
之前已经分析了高精度DAC经缓冲输出出现加电/断电毛刺脉冲的原因和减少这些毛刺脉冲的解决方案。这份简报主要介绍了DAC输出缓冲器在加电至电压输出模式时出现的加电毛刺脉冲。一个高精度DAC可以在多个配置中加电：零量程、中量程，或是高阻抗。用户可以控制预断电状态。某些DAC具有内置的加电毛刺脉冲减少 （POGR） 电路；这个电路在DAC输出级未被驱动的配置中保持DAC的输出级。经缓冲电压输出DAC具有一对作为输出级的PFET和NFET。POGR电路禁用PFET，并将NFET偏置到其阈值电压 （VTH） 以上，从而最大限度地将加电毛刺脉冲减少到几百毫伏。
并不是每个DAC中都有POGR电路。对于没有POGR的DAC来说，加电/断电毛刺脉冲取决于多个因素：
1.DAC到电压输出模式和高阻抗模式的加电状态
2.DVDD、VREF、IOVDD和其它电源引脚的加电顺序
3.反馈网络连接
4.电源斜升速率
5.输出阻性负载
这篇文章所讨论的是输出级被加电至电压输出模式的情况。在这个模式下，PFET和NFET的栅极由一个预输出级控制。这个预输出级需要一个特定的最小电压来正常启动。这个电压也被称为最小净空 （VH）。这个电压取决于预输出级架构，并且可高至6V。这个电压远远低于数据表中所规定的最小电源电压 （VDDMIN）。通常情况下，大多数数据表中并未指定此电压。
在达到这个最小净空电压前，预输出级没有足够的净空来实现正常运行。因此，输出FET栅极可以低至0V，这使得PFET可以在电源电压与PFET阈值电压 （VTP） 相交时，运行为电源与输出引脚之间的低阻性开关。因此，输出能够随着电源斜升，从而导致了加电毛刺脉冲（请见图1）。
在这个情况下，毛刺脉冲电压可以高达最小净空电压 （VH）。由于预输出级的净空不足，所以这个毛刺脉冲与电源斜升速率无关。所有DAC数据表都规定了一个输出上的最小阻性负载（通常为1kW）。将一个阻性负载加载到DAC输出上是尽可能减小这个毛刺脉冲的常见技术。然而，这项技术并不能最大限度地减少毛刺脉冲幅度，这是因为输出PFET运行为一个电源与输出引脚之间的开关（或短接）。加电序列和反馈网络连接会进一步加大这个毛刺脉冲。由于这些因素通常是相互关联的，它们都作为一种情况进行分析。
图1.经简化的输出级和加电毛刺脉冲
之前已经分析了高精度DAC经缓冲输出出现加电/断电毛刺脉冲的原因和减少这些毛刺脉冲的解决方案。这份简报主要介绍了DAC输出缓冲器在加电至电压输出模式时出现的加电毛刺脉冲。一个高精度DAC可以在多个配置中加电：零量程、中量程，或是高阻抗。用户可以控制预断电状态。某些DAC具有内置的加电毛刺脉冲减少 （POGR） 电路；这个电路在DAC输出级未被驱动的配置中保持DAC的输出级。经缓冲电压输出DAC具有一对作为输出级的PFET和NFET。POGR电路禁用PFET，并将NFET偏置到其阈值电压 （VTH） 以上，从而最大限度地将加电毛刺脉冲减少到几百毫伏。
并不是每个DAC中都有POGR电路。对于没有POGR的DAC来说，加电/断电毛刺脉冲取决于多个因素：
1.DAC到电压输出模式和高阻抗模式的加电状态
2.DVDD、VREF、IOVDD和其它电源引脚的加电顺序
3.反馈网络连接
4.电源斜升速率
5.输出阻性负载
这篇文章所讨论的是输出级被加电至电压输出模式的情况。在这个模式下，PFET和NFET的栅极由一个预输出级控制。这个预输出级需要一个特定的最小电压来正常启动。这个电压也被称为最小净空 （VH）。这个电压取决于预输出级架构，并且可高至6V。这个电压远远低于数据表中所规定的最小电源电压 （VDDMIN）。通常情况下，大多数数据表中并未指定此电压。
在达到这个最小净空电压前，预输出级没有足够的净空来实现正常运行。因此，输出FET栅极可以低至0V，这使得PFET可以在电源电压与PFET阈值电压 （VTP） 相交时，运行为电源与输出引脚之间的低阻性开关。因此，输出能够随着电源斜升，从而导致了加电毛刺脉冲（请见图1）。
在这个情况下，毛刺脉冲电压可以高达最小净空电压 （VH）。由于预输出级的净空不足，所以这个毛刺脉冲与电源斜升速率无关。所有DAC数据表都规定了一个输出上的最小阻性负载（通常为1kW）。将一个阻性负载加载到DAC输出上是尽可能减小这个毛刺脉冲的常见技术。然而，这项技术并不能最大限度地减少毛刺脉冲幅度，这是因为输出PFET运行为一个电源与输出引脚之间的开关（或短接）。加电序列和反馈网络连接会进一步加大这个毛刺脉冲。由于这些因素通常是相互关联的，它们都作为一种情况进行分析。
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