基于数字电位计AD5292的30V低成本DAC设计

图1所示电路采用digiPOT+系列数字电位计AD5292、双通道运算放大器ADA4091-2和基准电压源ADR512，提供一种低成本、高电压、单极性DAC。该电路提供10位分辨率，输出电压范围为0 V至30 V，能够提供最高±20 mA的输出电流。AD5292可以通过SPI兼容型串行接口编程。

AD5292具有±1%电阻容差，因而可以与外部分压器电阻R3和R4串联，如图2和图5所示，以构建一个在缩小的输出电压范围内提供10位分辨率的游标DAC；这可以起到提高DAC灵敏度的作用，类似于增加一个与电位计串联的电阻。此外，AD5292内置一个20次可编程存储器，可以在上电时自定义输出电压VOUT。
本电路具有高精度、低噪声和低温度系数输出电压等特性，非常适合数字校准应用。
电路描述
图1所示电路采用数字电位计AD5292、基准电压源ADR512和运算放大器ADA4091-2，提供一种10位、低成本、高电压DAC。本电路可保证单调性，微分非线性(DNL)为±1 LSB，积分非线性典型值为±2 LSB。
高压稳压器由低压基准电压源和后接的同相放大器组成，该放大器的增益由R1 与 R2的比值决定。1.200 V基准电压源ADR512具有低温度漂移、高精度和超低噪声性能。
确保ADR512最小工作电流的最大电阻值由公式1确定。

图2：通过缩小输出电压范围并利用游标DAC来提高精度（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
ADA4091-2是一款运算放大器，具有低失调电压和轨到轨输出。ADR512与ADA4091配合使用，可提供低温度系数和低噪声输出电压。
电阻R1 和 R2 用来调整放大器的增益。U1A的输出电压V1 决定DAC的最大输出电压(VOUT)范围。可以用公式2计算电阻值。

图3和图4分别显示典型的积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)曲线。在图1所示配置中，AD5292采用比率式工作方式，这意味着总电阻容差的变化不会影响性能。

图5：通过降低基准电压来构建游标DAC，从而改善INL性能（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
这种情况下：

图6显示利用图5的游标DAC电路而获得的INL（以 V1为基准）曲线。

图6：游标DAC的INL（以V1为基准）
AD5292具有一个20次可编程存储器，可以在上电时将输出电压预设为特定值。
为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术（请参考教程 MT-031 和教程 MT-101）。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。

参数 最小值 最大值 单位 电源电压 30 33 V 输出电压 0 30 V 输出电流 - ±20 mA DNL -1 +1 LSB INL -2 +2 LSB 建立时间 0.2 2 μs 表1. 图1中单极性DAC的典型特性

常见变化
AD5291 （8位、内置20次可编程上电存储器）和AD5293（10位、无上电存储器）均为±1%容差数字电位计，同样适合本应用。
4.096 V低成本基准电压源ADR5044也不失为一种选择。R1/R2比值可以根据不同的基准电压进行适当调整。