CMOS DAC充当数控分压器

数字电位器在可接受8位分辨率的应用中，可作为极佳的数控分压器，例如AnalogDevices的AD5160。本篇设计实例介绍在需要更高分辨率的应用中如何使用CMOS DAC作为分压器。

数百万种CMOSR2R（电阻/双电阻）梯式数模转换器（DAC）用于衰减器应用中，在这些应用中一个充当电流电压转换器的外部运算放大器强制一个电流输出端连接到虚地。只要运算放大器能够生成预期输出电压，DAC的标准输入是交流或直流均可。倒相是输入和输出之间的常态，因此电路需要双电源。

图1显示如何对这一简单电路重新布线，以避免倒相并使用单一电源运行。此配置中，DAC充当数字可编程电阻器，DAC代码更改输入电压和DAC IOUT1输出电流端之间的有效电阻。图2显示的可行的实施方法，使用充当分压器的AD5415双12位电流输出DAC的一半。此图省略了DAC的清晰度控制线。运算放大器A1强制IOUT2A输出电流端的电压符合IOUT1A输出电流端的电压。此方法防止这两个线路之间产生电压差异，如若产生差异，将导致内部DAC开关应用不同门源电压以及DAC的线性衰退。

连接分离反馈电阻器RFB和R1，可产生值等同于DAC梯形阻抗（R）的合成反馈电阻器。在此情况下，电路转换函数为：VOUT/VIN=(R)/(REFF+R)，其中REFF为数控下的有效DAC电阻。REFF=R(2n)/N，其中n为DAC分辨率，N为数字输入码的等值二进制数。将第二个等式代入第一个等式，并且假定DAC增益误差为零，12比特DAC的电路转换函数为VOUT/VIN=1/(1+4096/N)。切断所有电源，基准电压与IOUT1A终端之间的有效阻抗无穷大，因此当加载零至DAC时，输出电压在0V时启动。随着代码的不断增加，输出电压线性增加，理想状态下，当所有代码加至DAC时，DAC的输出电压约增加至输入电压的一半。

DAC内置N沟道CMOS开关的阈值电压限制输出电压的最大值，因此并非所有的配置都能达到全码范围。栅压保持在VDD电压，源压随着IOUT1A上的电压升高。随着此电压升高，开关的导通电阻增大并且不确定，导致输出电压整平以及作为可预测分压器的电路终止。为了正确操作，VDD电压必须高出最高输出电压几伏，亦即输入电压的一半。否则，输入电压必须小于VDD电压的两倍减去3V。VDD电压为5V时，AD5415线性运行至大约3.33V输出，但是之后整平。如果必需具备更大的输出电压范围，可以用AnologDevices的15V电源AD7541A代替AD5415。可将可用输出信号的范围扩大到约7V。