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ADI:新式高分辨率乘法DAC拿手处理沟通信号

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 简介所有数模转换器(DAC)都提供与数字设置增

文章转自ADI官网,版权归属原作者一切

简介

一切数模转化器(DAC)都供给与数字设置增益和所施加基准 电压之积成份额的输出。乘法DAC与固定基准电压DAC不 同,由于它能够将高分辨率数字设置增益运用施加到可变带宽 模仿信号上。本文将评论电阻梯乘法DAC及其对沟通信号处 理运用的适用性。

基本原理

从1974, 年ADI公司推出世界首款(10 位)CMOS IC乘法DAC 以来,ADI公司就一直是乘法DAC规划与出产的领先者。它们 选用一个具有恰当带宽的放大器,运用一个切换式R-2R梯和 一个片内反应电阻完成了调整沟通增益或可变直流基准电压 输入信号增益的简略办法,然后用DAC替代了典型反相运算 放大器级的输入和反应电阻(图 1)。数字调整电阻梯和片内 反应电阻一同,供给与数字输入成份额的增益(D/2n)使RDAC 起 到了可变输入电阻的效果。

Equation 1
Figure 1
图 1. 反相增益装备

乘法DAC的商场发展迅速,历经数代更新,产品的分辨率、 精度和速度有了大幅进步,添加了各种数字存储功用、串行通 信选项,尺度和本钱大大下降而且每个芯片上还能够装备额定的DAC。最新一代的乘法DAC供给抱负的构建模块,用于控 制可变直流或快速沟通电压信号的增益。

电阻(R-2R)梯用于运算放大器反应电路,供给数字控制电流, 电流经 RFB转化成输出电压。放大器以低阻抗供给此输出。基 准电压输入具有安稳的对地电阻R。图 2 显现了该作业原理。 图 2a中,源电流VREF/R, 转化成输出电压。放大器以低阻抗供给此输出。基 准电压输入具有安稳的对地电阻R。图 2 显现了该作业原理。 图 2a中,源电流 IOUT1, 或扶引至地(一般称 IOUT2).同理,剩下电流的一半由开关S2 扶引……如此类推。假如开关由一个 数字字D(S1 是MSB)激活,则流经RFB (=R)的IOUT1端电流之 和为 D × 2–n × VREF/R. 此装备的重要优势包含:可最大程度地 下降瞬态,由于开关在地和虚地之间切换;RFB 与梯形电阻片内匹配,具有超卓的温度盯梢功用。

Figure 2A_02B
图 2. a) R-2R梯原理;b) 乘法DAC, VOUT = 0 to −VREF.

数字字D给出的数值规模取决于所用的器材。ADI公司的部 分AD545x/AD554x系列乘法DAC的D值规模(榜首象限)如下:

8-bit AD54500 至 255
10-bit AD54510至 1,023
12-bit AD54520至 4,095
14-bit AD54530 至 16,383
16-bit AD5543 0至 65,535

进步增益

关于输出电压有必要大于VIN的运用,可经过在DAC级后边添加外部放大器来进步增益;或许只需经过衰减反应电压在单级中完成,如图 3 所示。所示近似值对R2||R3<<RFB. R2R3应具有类似的温度系数,但假如R2||R3RFB比较较小,则其无需与DAC的温度系数相匹配。

Figure 3
图 3. 进步乘法 DAC 的增益

正输出

要发生正电压输出,能够运用一个外部反相运算放大器电路来 别的回转输入或输出。 一些乘法DAC内置非专用匹配电阻(具 有盯梢温度系数),因而只需额定衔接一个运算放大器(图 4 中的 A2)即可取得正输出,这个额定的运算放大器能够是一 个双通道器材内的配套运算放大器。

假如要求差分输出,则需求两个额定的运算放大器。请拜访 www.analog.com/CN-0143Circuits from the Lab® CN-0143检查完好的具体信息。

Figure 4
图 4. 乘法DAC, VOUT = 0 to VREF. AD5415、AD5405、AD5546/AD5556、AD5547/AD5557 内置此处所示的非专用电阻

Figure 5
图 5. 单端-差分

安稳性问题

图 2 和图 3 中显现的一个重要元件是补偿电容 (C1). 电阻梯的输出电容加上放大器的输入电容及任何杂散电容,会在开环呼应中发生极点——这会在环路闭合时引起振铃或不安稳。为了补偿这一点,一般与DAC的内部RFB并联衔接一个外部反应电容 C1。假如C1值过小, 会在输出端发生过冲或振铃,而值过大 则会过火下降体系带宽。DAC的内部输出电容随码而改变,因而C1很难确认准确值。依据以下等式可计算出其最佳近似 值:

Equation 2

其间GBW是运算放大器的最小信号单位增益带宽乘积,CO 是 DAC的输出电容。

信号调度的要害 M-DAC标准

乘法带宽:增益为–3 dB时的基准电压输入频率。关于给定器材,它与起伏和挑选的补偿电容呈函数联系。图 6 所示为能够使最高12 MHz的信号相乘的电流输出DAC AD5544、AD5554或AD545x的乘法带宽坐标图。配套的低功耗运算放大器 AD8038具有350 MHz带宽, 可保证该运算放大器在此规模内不会引起显着的动态差错。

Figure 6
图 6. 乘法带宽

模仿总谐波失真(THD):乘法波形信号中谐波成分的数学表达。 它近似等于DAC输出的前四个谐波 (V2, V3, V4, 和 V5)之均方根 和与基波值V1(如图7所示)的对数比,计算公式如下:

Equation 3
Figure 7
图 7. 谐波失真重量

乘法馈通差错:DAC的数字输入悉数为0时,由基准电压输入至DAC输出的容性馈通所造成的的差错。抱负情况下,一直到最低有用位DB0,每下降一位,增益便下降6 dB(图 8)。 不过,关于较低的位,容性馈通影响增益的频率更高。这一点 从较低位尾部上翘的平整曲线能够看出。例如,14位DAC的DB2处,一切频率的抱负增益应为–72 dB,但由于馈通效应,1MHz时的实践增益为–66 dB。

Figure 8
图 8. 乘法馈通差错

挑选正确的运算放大器

乘法DAC电路功用十分依赖于所选运算放大器的才能,然后 在电阻梯输出端坚持零电压,并完成电流电压转化。要完成最 佳的直流精度,重要的是要挑选具有低失调电压和偏置电流的运算放大器,以坚持差错与DAC的分辨率适当。具体的运算 放大器技能标准拜见器材数据手册。

关于基准电压输入为较高速信号的运用,需求一个带宽较宽、 压摆率较高的运算放大器,避免削弱信号。一个运算放大器电路的增益-带宽受反应网络的阻抗水平缓增益装备约束。要确认所需的GBW,一种可行的方法是挑选–3 dB带宽(10 倍于基准信号频率)的运算放大器。

有必要考虑运算放大器的压摆率标准,以约束高频大信号的失真。关于AD54xx和AD55xx系列,压摆率为100 V/µs的运算放大器一般就够了。

表 1 列出了可供乘法运用挑选的运算放大器。

产品型号电源电压 (V)BW (–3-dB) (MHz)压摆率 (V/µs)最大VOS (µV)最大IB (nA)封装
AD80655 至 2414518015000.006SOIC-8, SOT-23-5
AD80665 至 2414518015000.006SOIC-8, MSOP-8
AD80215 至 24490120100010,500SOIC-8, MSOP-8
AD80383 至 123504253000750SOIC-8, SC70-5
ADA48995 至 1260031035100LFCSP-8, SOIC-8
AD80573 至 1232510005000500SOT-23-5, SOIC-8
AD80583 至 123258505000500SOIC-8, MSOP-8
AD80612.7 至 83206506000350SOT-23-5, SOIC-8
AD80622.7 至 83206506000350SOIC-8, MSOP-8
AD9631±3 至 ±6320130010,0007000SOIC-8, PDIP-8

查找合适的 DAC

欲了解能够检查M-DAC的数模转化器产品选型表,请拜访 www.analog.com/en/digital-to-analog-converters/da-converters/products/index.html.

定论

自首款CMOS M-DAC面世以来的近40年间,相关器材不断更新换代,许多新的功用特性层出不穷,功用继续进步,本钱和尺度则大幅减缩。咱们的高分辨率、14位/16位电流输出DAC产品系列AD55xx的最新功用改善包含:

  • 积分非线性(INL)功用进步,±1 LSB
  • 模仿THD和乘法馈通下降——乘法带宽添加
  • 数字信号THD下降;可变基准电压(直流)运用的中心电平突波和数字馈通下降。

进一步阅览

  1. Kester, Walt, The Data Conversion Handbook (2005) Newnes (Elsevier).

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