大多數數位類比轉換器(DAC)採用固定的正參考電壓工作,輸出電壓或電流與參考電壓和設定的數位程式碼乘積成比例。而對於所謂的乘法數位類比轉換器(MDAC),情況並非如此,其參考電壓可以變化,變化範圍通常是±10V。因此,透過參考電壓和數位程式碼可以影響類比輸出(在這兩種情況下都是動態的)。

應用

借助相對應的接線,模組可以輸出放大、衰減或反轉的訊號(相對於參考訊號而言)。因此,其應用領域包括波形產生器、可編程濾波器和可編程增益放大器(PGA),以及其他必須調整失調或增益的很多應用。

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圖1:具有可變增益的電路(PGA)

圖1顯示一個帶下游放大器的14位元MDAC,該放大器可根據DAC的編程數位程式碼放大或衰減訊號。

電路計算

該電路的輸出電壓(VOUT)計算如下:

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除了增益和DAC的設定數位程式碼D之外,輸出電壓還受到運算放大器電源電壓的影響或限制。在所示情況下,該放大器的電源電壓為±15 V電壓,應輸出±12V的最大電壓,因此其控制範圍足夠大。增益由電阻R2和R3確定:

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所有電阻(R1至R3)應具有相同的電阻溫度係數(TCR),但不一定要與DAC內部電阻的TCR相同。電阻R1用於根據R2和R3及以下關係調整DAC內部電阻(RFB):

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選擇電阻時,必須確保運算放大器在最大輸入電壓時仍處於工作範圍內(DAC可以在VREF下處理±10 V)。還應注意,放大器的輸入偏置電流(IBIAS)會被電阻(RFB + R2 || R3)放大,這對失調電壓有相當大的影響。選擇具有超低輸入偏置電流和超低輸入失調電壓(依據產品手冊)的運算放大器ADA4637-1正是基於這個原因。為了防止閉迴控制系統不穩定或所謂的響鈴振盪,在Iout和RFB之間插入4.7pF電容;特別推薦將此一做法應用於快速放大器。

如前所述,放大器的失調電壓會被閉環增益放大。當設置增益的外部電阻發生改變,變化值對應於數位步長時,此值會增加到期望值上,產生微分非線性誤差。如果它足夠大,可能會導致DAC行為非單調。為避免這種效應,有必要選擇低失調電壓和低輸入偏置電流的放大器。

相較於其他電路的優勢

原則上,如果允許使用外部參考電壓源,那麼也可以使用標準DAC,不過標準DAC與MDAC之間有一些重大區別。標準DAC的參考輸入只能處理幅度有限的單極性電壓。除振幅外,參考輸入頻寬也非常有限。這在產品手冊中用乘法頻寬值表示。以ADI AD5664 16位元DAC為例,該值為340kHz。乘法DAC的參考輸入可以使用雙極性電壓,其也可以高於電源電壓。頻寬同樣高得多——AD5453的典型頻寬為12 MHz。

結語

乘法數位類比轉換器的使用不是那麼廣泛,但其提供了許多可能性。除了高頻寬的自製PGA以外,行動應用也是非常合適的應用領域,因為其功耗要求低於50μW。