为何说R-2R架构非常适合低噪声、低毛刺应用

乘法 DAC 是波形发生应用的理想构建模块。因为乘法数模转换器 (DAC) 的 R-2R 架构非常适合低噪声、低毛刺、快速建立的应用。

从固定参考输入电压产生波形时，必须考虑一些重要的交流规格，包括建立时间、中间电平毛刺和数字 SFDR。

今天我们就来分析下这些与波形发生相关的重要 DAC 规格。

建立时间

假设 DAC 由真实的宽带低阻抗信号源（参考电压和接地引脚）驱动，那么它会迅速建立。因此，乘法 DAC 的压摆率和建立时间主要由运算放大器决定。决定运算放大器交流性能的规格包括其输入电容（必须保持最小）和 3 dB 小信号带宽。注意，运算放大器的带宽之所以受限，是因为它必须驱动 DAC 反馈电阻这一较大负载。例如，10 kΩ 的反馈电阻就是一个相当大的负载，它是决定电路配置带宽的主要极点。

图 1. 100 ns 建立时间

中间电平毛刺

对于 R-2R 结构，代码变化引起的主要毛刺出现在围绕中间电平发生 1 LSB 变化时。在一个 12 位系统中（如 DAC AD5444）， 中间电平变化是从 7FFH 至 800_H 或从 800_H 至 7FFH 的代码 变化。如果毛刺很严重，可能会给电机 / 阀门 / 执行器控制应用带来不利影响。当乘法 DAC 试图从 7FFH 变为 800_H时，DAC 的 MSB 切换速度低于其它位的切换速度。因此， 在 MSB 切换至 1 前的几纳秒内，DAC 看到的是 000_H。图2 中的黄色曲线显示的就是这种情况 ；在 MSB 切换并将 DAC 输出拉回 800_H 之前，输出朝 0 V 变化。

图 2. 中间电平毛刺

数字 SFDR

无杂散动态范围 (SFDR) 指 DAC 的可用动态范围，超出此范围，杂散噪声就会干扰基波信号或使其失真。SFDR 衡量基波与 DC 至全奈奎斯特带宽（DAC 采样速率的一半） 范围内的最大谐波或非谐波相关杂散的幅值之差。窄带 SFDR 衡量任意窗口范围内的 SFDR。理想正弦波的每个周期有无数个点。然而，用数字方式产生的正弦波受固定更新速率和 DAC 分辨率的限制。每个周期的点数由下式给出 ：

其中 ：

N = 采样点数 

Clock = DAC 的更新速率 

f_OUT = 所产生波形的输出频率

图3 所示为使用 12 位 AD5444 产生的更新速率为 1 MHz 的 20 kHz 正弦波，每个周期有 50 个采样点。AD5444 的最大更新速率为 2.7 MSPS。若要产生采样点更多的波形，必须使用更快的更新速率。并行接口的 AD5445 提供 20 MSPS 的最大更新速率。

图3. 宽带 SFDR，fOUT = 20 kHz，时钟 = 1 MHz