AN-0986: 调整AD5362的输出范围和跨度 (Rev. 0)

AN-0986
应用笔记
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调整 AD5362 的输出范围和跨度
作者 :Ken Kavanagh
±5 V 标称输出可以发生偏移,产生 −10 V 至 0 V 或 0 V 至
+10 V 输出。但是,使用 5 V 基准电压时,产生 ±10 V 标称
输出,却无法利用偏移 DAC 寄存器产生 0 V 至 +20 V 输出,
因为这超出了电源和裕量限制。
简介
本应用笔记说明如何利用 AD5362 的特性,在 DAC 通道
上设置不同的输出范围。虽然本应用笔记以 AD5362 为范
例, 但 所 用 方 法 对 AD5360、AD5361 和 AD5363 同 样 有
效。相关数据手册应与本应用笔记配合使用。在 PLC 和模
拟 I/O 应用中,能够在不同通道上设置不同输出范围非常
有利,这样用户就能够利用完整的 16 位数字码范围(0 至
65,535),而不用考虑 DAC 的输出范围。
任意 DAC 通道的输出电压由以下公式决定 :
利用基准电压选择输出范围
其中 :
在默认工作条件下,AD5362 能够产生的双极性输出范围
是基准电压值的四倍。例如,5 V 基准电压提供的范围为
±10 V,3 V 基准电压提供的范围为 ±6 V。AD5362 有两个
独立的基准电压输入引脚 :VREF0 和 VREF1。VREF0 是
DAC 0 至 DAC 3 的基准电压源,VREF1 是 DAC 4 至 DAC
7 的基准电压源。图 1 显示如何利用不同的基准电压值来
实现不同的 DAC 输出范围。
DAC_CODE 为写入 DAC 的 X1A 或 X1B 寄存器的数据,应
在 0 至 65,535 范围内。
DAC 4
TO
DAC 7
2.5V
VREF1
VOUT0
±10V
VOUT1
±10V
VOUT2
±10V
VOUT3
±10V
VOUT4
±5V
VOUT5
±5V
VOUT6
±5V
VOUT7
±5V
V SIGGND 为相关 SIGGND 引脚上的电压,通常为 0 V。
偏 移 DAC 寄 存 器 的 默 认 值 为 8192, 由 此 得 到 的 电 压 输
出为以 0 V 为中心的双极性输出。从以上公式可以得知,
8192 以上的值将把跨度中心移至 0 V 以下,而 8192 以下
的值将把跨度中心移至 0 V 以上。图 2 显示如何利用偏移
DAC,在不同 DAC 上设置不同的输出范围。
5.0V
VREF0
DAC 0
TO
DAC 3
图 1. 使用独立的基准电压
OFS0 = 6553
改变输出范围
默认情况下,DAC 输出摆幅以 0 V 为中心。但是,通过对
偏移 DAC 寄存器进行编程,可以更改输出跨度的中心点,
使输出范围不一定以 0 V 为中心。AD5362 有两个偏移 DAC
寄 存 器 :OFS0 控 制 DAC 0 至 DAC 3 的 偏 移,OFS1 控 制
DAC 4 至 DAC 7 的 偏 移。AD5362 中 的 偏 移 DAC 为 14 位
DAC,跨度为基准电压值的四倍。理论上,用户最多可以
将输出范围上移或下移 10 V。不过,输出只能在电源和裕
量要求的限制范围内调整。例如,使用 2.5 V 基准电压时,
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OFS1 = 0
DAC 4
TO
DAC 7
2.5V
VREF1
VOUT0
–8V TO +12V
VOUT1
–8V TO +12V
VOUT2
–8V TO +12V
VOUT3
–8V TO +12V
VOUT4
0V TO +10V
VOUT5
0V TO +10V
VOUT6
0V TO +10V
VOUT7
0V TO +10V
图 2. 产生不同的输出范围
07878-002
DAC 0
TO
DAC 3
V REF 为 2.0 V 至 5.0 V 范围内的基准电压。
07878-001
5.0V
VREF0
OFFSET_CODE 为载入相关偏移 DAC 寄存器的值,应在 0
至 16,383 范围内。请注意,公式中 OFFSET_CODE 须乘以 4,
因为偏移 DAC 的分辨率为 14 位,而 AD5362 DAC 的分辨
率为 16 位。
AN-0986
应用笔记
使用 M 和 C 寄存器
AD5362 中的每个 DAC 通道均有专用的增益 (M) 和失调电
压 (C) 调整寄存器。由于 AD5362 的传递函数为直线,因
此这些寄存器的工作原理可以表示为以下公式 :
(1)
其中 :
要将跨度从 16.384 V 变为 16 V,要求将增益寄存器(即传
递函数的斜率)降低 :
因此,用 63,999 对 M 寄存器进行编程。
此时,对于 0 至 65,535 范围内的 DAC 码,输出电压在 ±8 V
之间。
y 为输出。
x 为输入。
m 为传递函数的斜率。
c 为失调电压。
示例 2
可用基准电压为4.096 V。
要求AD5362产生−4 V至+12 V输出。
解决方案
图 3 显示了这些寄存器的配置情况。
M 寄存器的默认值为 65,535,对应的增益为 1。C 寄存器
的默认值为 32,768,对应的失调电压为 0 V。所有 M 和 C
寄存器的分辨率均为 16 位,意味着各 LSB 为 :
本例的输出跨度与示例 1 一样,同为 16 V。这种情况下,
可以利用偏移 DAC 寄存器将跨度移至要求的范围。为获得
所需的跨度,需将传递函数上移 4 V。
由于偏移 DAC 寄存器为 14 位寄存器,因此 LSB 大小为 :
(2)
示例 1
偏移 DAC 寄存器的默认值为 8192。
要求 AD5362 产生 ±8 V 输出。可用基准电压为 4.096V。
要将传递函数增加 4 V,需用以下值对偏移 DAC 寄存器进
行编程 :
解决方案
默认情况下,4.096 V 基准电压产生 ±8.192 V 输出(假设无
失调电压或增益误差)。通过对 C 寄存器进行编程,增加
可以将零码电压−8.192 V 转换为 −8 V。
0.192 V 的正失调电压,
4.096 V 对应的输出跨度为 16.384 V,因而 1 LSB = 250 µV。
因此,将零码电压从 −8.192 V 移至 +8 V 要求将 C 寄存器
的默认值增加 :
理论上,现在的满量程电压应升高 0.192 V。但实际上,正
满量程电压不会移动,因为在以下条件下,输出已达到最
大值 :
mx + 768 ≥ 65,535(即当 x > 64,767 时)
X1x
REGISTER
其它信息
请注意,上述示例假设 AD5362 不存在相关的增益或失调
电压误差。AD5362 经过工厂校准,采用偏移 DAC 寄存器
的默认值时,可产生最精确的结果。改变偏移 DAC 寄存器
的默认值可能会给 DAC 输出带来额外的失调电压误差。可
以通过更改偏移 DAC 寄存器,对失调电压进行补偿,直到
获得正确的输出范围。
X2x
REGISTER
DAC
REGISTER
DAC
VOUT
M
REGISTER
07878-003
FROM SERIAL
INTERFACE
此时,对于 0 至 65,535 范围内的 DAC 码,输出电压在 −4 V
与 +12 V 之间。
C
REGISTER
图 3. AD5362 寄存器配置
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