AN-1107 应用笔记 One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com 使用双通道乘法DAC和单I/V转换器控制交流信号失调和幅度 作者：Estibaliz Sanz 引言 本应用笔记介绍如何运用本文所述电路来避免添加额外的 ADR01是一款高精度、高稳定性、低漂移基准电压源。只 求和放大器，以及IOUT架构如何支持交流和直流两种输 需用一个AD8065来调节交流信号的增益。 入，从而使该电路非常适合数据采集和仪器仪表应用。 该器件交流性能出色、噪声低，非常适合此应用，成为这 图1所示电路包括一个大信号乘法DAC AD5449，其采用在 种电路的理想之选。DAC输出电流相加后，通过AD8065 通道1中调理的一个交流基准信号工作，通道2中ADR01提 实现电压转换。这样即可使用一个DAC和一个运算放大器 供的+10 V输入会偏移此信号的失调。 控制这些交流信号、幅度和失调。 FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM +10V AC REFERENCE DAC B IOUTB VOUT ADR01 ±10V DAC A AD8065AR IOUTA –10V ATTENUATED REFERENCE 09563-001 AD5429/AD5439/AD5449 NOTES 1. ADDITIONAL PINS OMITTED FOR CLARITY. 图1 Rev. 0 | Page 1 of 8 AN-1107 目录 简介.................................................................................................... 1 稳定性问题 .............................................................................. 4 功能框图 ........................................................................................... 1 输出电压 ........................................................................................... 5 乘法DAC........................................................................................... 3 代码载入示例.......................................................................... 5 提高增益................................................................................... 4 正确选择运算放大器 ..................................................................... 6 修订历史 2011年2月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 8 AN-1107 乘法DAC 乘法DAC和传统固定基准DAC的不同之处在于它能够采用 RDAC等效电阻完全匹配，因此增益温度系数误差非常 任意或交流的基准信号工作。 小。 有一种简单的调节交流信号增益方法是使用典型反相运算 当输出放大器以单极性模式连接时，输出电压可由下式得 放大器级，选择带宽足够的放大器，并利用下式调节增 出： 益： 其中： D为载入DAC数字字的依位数表示。 乘法DAC提供一种将任意或交流电压信号相乘的理想模 块。缓冲电流输出DAC架构基于同相增益放大器结构。乘 D = 0至255(8位DAC)。 法DAC使用一种R-2R架构来实现图2中所示可变RDAC电阻 = 0至1023(10位DAC)。 的相同功能。VREF引脚的DAC输入阻抗是固定的，而输出 = 0至4095(12位DAC)。 阻抗则根据代码提供同等可变RDAC值。 = 0至16,383(14位DAC)。 = 0至65,536(16位DAC)。 在图3所示乘法DAC中，电流流向接至IOUT1节点的虚拟地 n为位数。 或者地节点(在某些元件中为IOUT2节点)，因而输出尖峰电 压极低。 简言之，乘法DAC的输出信号和基准输入与数字输入数字 这种配置使用IOUT DAC主要优势之一是集成R FB电阻和 的乘积成正比。 IOUT DAC AC REFERENCE RFB A1 RDAC 0V ATTENUATED REFERENCE 09563-002 0V 图2. 反相增益配置 AC REFERENCE 0V RFB VREF AD55xx SYNC SCLK C1 IOUT1 A1 GND SDIN GND MICROCONTROLLER 图3. 乘法DAC，VOUT = 0至-VREF Rev. 0 | Page 3 of 8 0V ATTENUATED REFERENCE 09563-003 VDD AN-1107 提高增益 在要求输出电压大于VIN的应用中，可使用一个额外的外部 如果C1值过小，它可能会在输出端产生波形失真，而过大 放大器来提高增益，也可通过单级配置实现。 则可能会对系统带宽有不利影响。 图4所示为提高电路增益的推荐配置。R1、R2和R3应具有 DAC的内部输出电容随码而变化，因此C1很难确定精确 相似的温度系数，但不必与DAC的温度系数相匹配。 值。根据以下等式可计算出其最佳近似值： 稳定性问题 要实现所需调理信号的波形，补偿电容是不得不考虑的一 种重要元件。DAC的内部输出电容在开环响应中引入了一 其中： 极点，可能会在闭环斜坡分析(ramp profiling)电路中引起振 GBW是所用运算放大器的小信号单位增益带宽。 铃或不稳定。为了补偿这一点，通常与DAC的内部RFB并 CO是DAC的输出电容。 联接入一个外部反馈电容C1，如图3所示。 AC REFERENCE VDD RFB VREF AD55xx SYNC SCLK C1 IOUT1 A1 0V GND SDIN R3 R2 GND GAINED OUTPUT MICROCONTROLLER R2 + R3 R1 R2 × R3 R1 = R2 + R3 GAIN = 图4.使用乘法DAC的信号增益 Rev. 0 | Page 4 of 8 09563-004 0V R1 AN-1107 输出电压 使用DAC A中的10V固定基准电压，并以DAC B中具有2 V 失调的4V正弦基准信号作为输入，AD5449中获得的输出 1 C2 MEAN –8mV 电压随代码和DAC载入值而变化 DAC A：失调变化(0 V至 10 V) 2 DAC B：幅度变化(0 V至 4 V) 4 C2 p-p 3.84V C4 MEAN –6.024V 由于输出电压在单极模式下连接，其值为 C4 p-p 2.24V 其中： CH1 500mV Ω CH2 2V CH4 2V n为位数。 M200ns CH1 09563-006 D为载入DAC数字字的依位数表示，取值范围0至4095。 240mV 图6.半量程 代码载入示例 图5、6和7显示DAC A和DAC B均载入数字代码时的输出电 4 1 压。 C2 MEAN –4mV 由于输出信号被运算放大器所反转，预期输出失调为DAC A的电压与DAC B的失调电压之和。 C2 p-p 4V 2 C4 MEAN –12V C2 MEAN –4mV C4 p-p 4.56V C2 p-p 3.92V 2 C4 MEAN –32mV CH1 500mV Ω CH2 2V CH4 2V 4 C4 p-p 320mV M200ns CH1 240mV 图7.满量程 09563-005 CH1 500mV Ω CH2 2V CH4 2V M200ns 图5.零电平 Rev. 0 | Page 5 of 8 CH1 240mV 09563-007 1 AN-1107 正确选择运算放大器 乘法DAC解决方案的性能非常依赖于所选运算放大器实现 的反馈负载。同时也受到用来设置元件的增益配置所限 电流电压转换的能力。为了保持信号的直流精度，一定要 制。要确定所需的增益带宽，通常做法是选择−3 dB带宽为 选择具有低偏置电流和低失调电压的运算放大器，以免覆 欲调理信号频率10倍的运算放大器。 盖DAC输出的最低分辨率。有关这方面的详细信息参见乘 如果未仔细考虑，运算放大器压摆率也可能会限制乘法 法DAC数据手册。 DAC的 性 能 。 根 据 经 验 ， 对 于 AD54xx和 AD55xx系 列 对于必须将相对高速交流或任意信号相乘的应用，需要一 DAC，压摆率为100 V/µs的运算放大器一般就够了。 个高带宽/高压摆率运算放大器，以免运算放大器削弱输出 信号。运算放大器的增益带宽积受限于通过反馈电阻产生 表1. 适用的ADI公司高速运算放大器 产品型号 AD8065 AD8066 AD8021 AD8039 电源电压(V) 5 至 24 5 至 24 5 至 24 3 至 12 ACL时带宽(MHz) 145 145 490 350 压摆率(V/µs) 180 180 120 425 VOS最大值(μV) 1500 1500 1000 3000 IB最大值(nA) 0.006 0.006 10,500 750 ADA4899 AD8057 AD8058 AD8061 AD8062 AD9631 5 至 12 3 至 12 3 至 12 2.7 至 8 2.7 至 8 ±3 至 ±6 600 325 325 320 320 320 310 850 850 650 650 1300 35 5000 5000 6000 6000 10,000 100 500 500 350 350 7000 Rev. 0 | Page 6 of 8 封装 SOIC-8, SOT-23-5 SOIC-8, MSOP-8 SOIC-8, MSOP-8 SOIC-8, SC70-5, SOT-23-5 LFCSP-8, SOIC-8 SOT-23-5, SOIC-8 SOIC-8, MSOP-8 SOT-23-5, SOIC-8 SOIC-8, MSOP-8 SOIC-8, PDIP-8 AN-1107 注释 Rev. 0 | Page 7 of 8 AN-1107 注释 ©2011 Analog Devices, Inc. 保留所有权利。所有商标和注册商标均属各自所有人所有。AN09563-0-2/11(0) ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN09563sc -0-5/11(0) Rev. 0 | Page 8 of 8