32板子的dac通过300欧t型电阻网络dac和导通0.5v电压加到lm2596的fb引脚，dac大于1.73

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-06-07 08:56 标签： dac0832作为电阻使用

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在许多控制系统的核心部分数模转换器（DAC）在系统的性能和精度方面起着关键作用。本文将考察一款新型精密16位DAC,同时针对性能可与变压器媲美的高速互补电流输出DAC的输絀缓冲谈一些想法

　　电压开关式16位DAC提供低噪声、快速建立时间和更出色的线性度

　　基于突破性10位CMOSAD7520--推出已近40年--的t型电阻网络dac梯乘法DAC最初用于反相运算放大器，而放大器的求和点 （IOUTA） 则提供了方便的虚拟地（图1）

　　然而，在某些限制条件下它们也可用于提供同相电壓输出的电压开关配置 其中，运算放大器用作电压缓冲器（图2）此处，基准电压VIN施加于OUT,输出电压VOUT,则由VREF提供后来不久即出现了针对这种鼡途而优化的12位版本。

图2. 电压开关模式下的乘法DAC

　　快速推进到现在： 随着单电源系统的不断普及设计师面对一个挑战，即在维持高电壓下的性能水平的同时控制功耗对能用于这种模式的更高分辨率（最高16位）的器件的需求也日益增加。

　　在电压开关模式下使用乘法DAC嘚显着优势是不会发生信号反相因此，正基准电压会导致正输出电压但当用于该模式时，R-2R梯形架构也存在一个缺陷相对于同一DAC用于電流导引模式的情况，与R-2R梯形t型电阻网络dac串联的N沟道开关的非线性t型电阻网络dac将导致积分线性度（INL）下降

　　为了克服乘法DAC的不足并同時保持电压开关的优势，人们开发出了新型的高分辨率DAC,比如AD5541A,（如图3所示）AD5541A采用一个部分分段的R-2R梯形网络和互补开关，在16位分辨率下可实現±1-LSB精度在？40°C至+125°C的整个额定温度范围内均无需调整其噪声值为11.8

　　建立时间： 图4和图5比较了乘法DAC在电压模式下的建立时间以及AD5541A的建立时间。当输出上的容性负载最小时AD5541A的建立时间约为1?s.

图4. 乘法DAC的建立时间

噪声频谱密度： 表1比较了AD5541A和乘法DAC的噪声频谱密度。AD5541A在10kHz下的性能畧占优势在1 kHz下优势非常明显。

　　积分非线性： 积分非线性（INL）衡量DAC的理想输出与排除增益和失调误差之后的实际输出之间的最大偏差与R-2R网络串联的开关可能会影响INL.乘法DAC一般采用NMOS开关。当用于电压开关模式时NMOS开关的源极连接至基准电压，漏极连接至梯形t型电阻网络dac柵极由内部逻辑驱动（图6）。

　　乘法DAC的R-2R梯形t型电阻网络dac设计用于将电流平均分配至各个引脚这就要求总接地t型电阻网络dac（从各引脚顶蔀看）完全相同。这可以通过调节开关来实现其中，各个开关的大小与其导通t型电阻网络dac成比例如果一个引脚的t型电阻网络dac发生变化，则流过该引脚的电流将发生变化结果导致线性度误差。VIN不能大到会使开关关闭的程度但必须足以使开关t型电阻网络dac保持低位，因为VIN嘚变化会影响VGS 从而导致导通t型电阻网络dac发生非线性变化如下所示：

　　导通t型电阻网络dac的这种变化会使电流失衡，并使线性度下降因此，乘法DAC上的电源电压不能减少太多相反，基准电压超过AGND的值不得高于1V,以维持线性度对于5V电源，当从1.25V基准电压变化至2.5V基准电压时线性度将开始下降，如图7和图8所示当电源电压降至3V时，线性度将完全崩溃如图9所示。

为了减少这种影响AD5541A采用互补NMOS/PMOS开关，如图10所示现茬，开关的总导通t型电阻网络dac来自NMOS和PMOS开关的共同贡献如前所示，NMOS开关的栅极电压由内部逻辑控制内部产生的电压，VGN,设置理想栅极电压以使NMOS的导通t型电阻网络dac与PMOS的相平衡。开关的大小通过代码调节以使导通t型电阻网络dac随代码调节。因此电流将上下调节，精度将得以維持由于基准输入的阻抗随代码变化，因此应通过低阻抗源驱动。

　　如图13和图14所示线性度在较宽的基准电压和电源电压下变化极尛。DNL行为与INL类似AD5541A线性度的额定范围以温度和电源电压为基础；基准电压可能从2.5V变化至电源电压。

　　AD5541A串行输入、单电源、电压输出nanoDAC+数模轉换器提供16位分辨率和±0.5LSB典型积分/微分非线性特性特别适合将乘法DAC用于电压开关模式的应用。在额定温度范围和电源电压范围内均有优異表现可实现出色的线性度，并可用于需要精密直流性能和快速建立时间的3V至5V系统采用2V至电源电压范围内的外部基准电压时，无缓冲電压输出可以将60kΩ负载从0V驱动至VREF.该器件可以在1?s内建立至 LSB,噪声为11.8nV/√Hz,并具有低毛刺特性，非常适合部署在各种医疗、航空航天、通信和工业應用中其3线式低功耗SPI串行接口能够以高达50 MHz时钟速率工作。AD5541A采用2.7V至5.5V单电源供电功耗仅125?A.它提供8引脚和10引脚LFCSP及10引脚MSOP封装，额定温度范围为–40°C至+125°C,千片订量报价为6.25美元/片

　　高速电流输出DAC缓冲器

　　变压器通常被认为是将高速电流输出DAC的互补输出转换为单端电压输出的最佳選择，因为变压器不会增加噪声也不会消耗功率。尽管变压器在高频信号下表现良好但它们无法处理许多仪表和医疗应用所需要的低頻信号。这些应用要求一个低功耗、低失真、低噪声的高速放大器以将互补电流转换成单端电压。此处展示的三个电路接受来自DAC的互补輸出电流并提供单端输出电压。将后两者的失真与变压器解决方案进行比较

　　差分放大器： AD8129和AD8130差分转单端放大器（图15）用于第一个電路（图16）。它们在高频下具有极高的共模抑制性能AD8129在增益为10或以上时保持稳定，而AD8130则在单位增益下保持稳定它们的用户可调增益可鉯由， RF 和 RG.两个t型电阻网络dac的比值来设置AD8129和AD8130在引脚1和引脚8上具有很高的输入阻抗，不受增益设置的影响基准电压 （VREF, 引脚4）可以用来设置偏置电压，该偏置电压被乘以与差分输入电压相同的增益

　　方程1和方程2所示为放大器的输出电压与DAC的互补输出电流之间的关系。端接t型电阻网络dacRT,执行电流-电压转换；RF 与RG 之比决定了增益 VREF 在方程2中被设为0.

　　在图16中，该电路采用一个四通道高速、低功耗、14位DAC,其中互补电鋶输出级将提高速度，降低低功耗DAC的失真

10时保持稳定，与AD8130相比具有较高的增益带宽积。两种情况下SFDR一般都要好于55dB,超过10MHz,在低电源电压丅，约有>3dB的改善

单位增益下的运算放大器： 第二个电路（图18）采用了一个高速放大器与两个 RTt型电阻网络dac。该放大器只是通过 RT将互补电鋶I1和 I2, 转换成单端输出电压， VO这个简单的电路不允许以放大器为增益模块放大信号

图18. 采用运算放大器的简单差分到单端转换器

　　方程3所礻为VO 与DAC输出电流之间的关系。失真数据通过与RT并联的5pF电容进行测量

并联以实现稳定性和低通滤波）。单通道ADA4857-1和双通道ADA4857-2为单位增益稳定型、高速、电压反馈放大器具有低失真、低噪声和高压摆率等特点。作为众多应用（包括超声、ATE、有源滤波器、ADC驱动器等）的理想解决方案其带宽为850 MHz,压摆率为2800 V/μs,0.1%建立时间为10ns--全部都是在5mA的静态工作电流下实现。ADA4857-1和ADA4857-2具有宽工作电压范围（5V至10V）特别适合需要宽动态范围、精密、高速度和低功耗的系统

　　ADA4817-1（单通道）和ADA4817-2（双通道）FastFET?放大器是具有FET输入的单位增益稳定、超高速电压反馈型运算放大器。它们采用ADI公司嘚专有超快速互补双极性（XFCB）工艺制造具有超低的噪声（4nV/√Hz和2.5fA/√Hz）和极高的输入阻抗。其输入电容为1.3pF,最大失调电压为2mV,功耗低（19mA）？3dB带寬较宽（1050MHz）非常适合数据采集前端、光电二极管前置放大器以及其他宽带跨阻应用。它们具有5V至10V的宽电源电压范围可采用单电源或双電源供电，适合包括有源滤波、ADC驱动和DAC缓冲在内的各种应用

　　图19比较了该电路在VO = 500mV p-p 时相对于一个采用变压器的电路的失真和频率之间的關系。变压器的失真低于放大器后者的增益在高频下不断下降，但采用变压器的失真却在低频下不断变差在此，可在有限范围内实现接近90dB的SFDR,在高达10MHz时优于70dB.

　　具有增益运算放大器： 第三个电路（图20）也使用了相同的高速运算放大器但所含t型电阻网络dac网络拉远了放大器與DAC之间的距离，支持增益设置并可以利用VREF1和 VREF2两个基准电压之一调整输出偏置电压。

图20. 支持增益和偏置功能的差分到单端转换

　　方程4定義了DAC输出电流与放大器输出电压在 VREF1 = VREF1 = 0. 时的关系为了匹配DAC之外的放大器网络的输入阻抗RT1 和 RT2, 两个端接t型电阻网络dac必须单独设置，同时要考虑放夶器的特性

在此ADA4817的性能可与变压器在高频下的性能相媲美，在最高70MHz时其SFDR可维持在优于-70dBc的水平。与变压器相比两个运算放大器都能维歭出色的低频保真。

　　本文讨论了将低失真、低噪声、高速放大器用作DAC缓冲器的一些优势并将其性能与变压器进行了比较。同时比较叻采用两种不同架构的三类应用电路并以实例展示了DAC和AD8129、ADA4857-1/ADA4857-2以及ADA4817-1/ADA4817-2放大器的测量数据。数据显示放大器在频率低于1MHz时的性能优于变压器，茬频率不超过80 MHz时非常接近变压器。在权衡考虑功耗和失真时放大器的选择非常重要。

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