AD5764双极性DAC的功能框图及方案详解

*AD5764是一款四通道、16位串行输入、电压输出DAC，工作电压范围为12 V至15 V。其标称满量程输出范围为10 V，内置输出放大器、基准电压缓冲器、精密基准电压源以及专有上电/关断控制电路。AD5764采用ADI公司的工业CMOS (iCMOS®)制造工艺技术设计，该工艺集高压互补双极性晶体管和亚微米CMOS于一体。它还有一个模拟温度传感器，每通道均有对应的数字失调和增益调整寄存器。

图2显示如何利用LVSS DAC产生工业应用所需的10 V输出范围。它由5个不同的模块组成：LVSS DAC、基准电压源、失调调整、基准电压缓冲器和输出放大器。

图2. 分立式±10 V模拟输出框图

DAC提供数字码以相对于基准电压转换输出电压。失调调整模块提供偏移DAC单极性传递函数以产生双极性输出的功能，以及校准0 V端点的功能。基准电压缓冲器为基准电压和失调调整模块提供负载隔离(多个DAC可共用这一缓冲输出)。输出放大器在计入失调调整后，提供所需的增益来将输出摆幅提高到所需电平。此外，输出放大器还提供将大容性负载驱动到供电轨的功能。

图3所示电路说明了如何放大一个精密LVSS 16位DAC来实现10 V的输出摆幅。DAC具有0到2.5 V输出范围，连接到放大器U3的同相输入端。此输入的同相增益为(1 + R2/R1)，本例中为8。

图 3. 10 V精密模拟输出电路详情

该电路包括如下器件：

U1—ADR421，精密、低噪声2.5 V基准电压源，3 ppm/°C漂移，MSOP封装；

U2—AD5062，16位、最大1 LSBINL、5 V/3 V电源、串行输入nanoDAC™，SOT-23封装；

U3和U5—OP1177，精密运算放大器，15 V电源，MSOP封装；

U4和U6—带ESD保护的精密电阻网络；

U7—AD5259，256抽头非易失性数字电位计，MSOP封装。

运算放大器的反相输入端连接到基准电压源和电阻分压器网络U6产生的1.429 V电压。此输入的反相增益为(–R2/R1)，本例中为–7。因此，当DAC设为0代码0000h时，此电路的输出为：

当DAC设置为满量程代码FFFFh时，输出为：

一般而言，任意输入代码的输出电压可以按如下公式计算：

其中D代表精密16位DAC(如同本例)的十进制输入代码(0至65535)。VREF = 2.5 V，R1 = R，R2 = 7 R。利用一个带非易失性存储器的数字电位计来调整系统的零失调误差，这样即使断电也能保留失调值。可以选择U7、U6和R3来形成电阻网络，以便提供0 V所需的调整范围。可以轻松进行配置PLC模拟输出模块所需的其他输出范围，例如+5 V、5 V、+10 V或10.8 V (适用于超量程较为重要的情况)。

*16位AD5062保证单调性，最大DNL和INL误差为1 LSB。其单极性输出的最大失调误差为50 V，最大增益误差为0.02%。高速串行接口支持高达30MHz的时钟速率。 该器件采用SOT-23小型封装。

越来越多的工业和仪表应用要求使用精密转换器来实现各种工艺的精确控制与测量。此外，这些最终应用还要求更高的灵活性、可靠性和功能集，同时降低成本和电路板面积。元件制造商正在解决这些难题，并推出了一系列产品来满足系统设计人员对当前与未来设计的要求。

如本文所述，有多种途径可选择合适的元件用于精密应用，每一种都各有优缺点。随着系统精度的提高，人们需要更加注重合适元件的选择，以满足应用要求。