高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇和使用

　對(duì)于高準(zhǔn)確度應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種架構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)阻抗是恒定的，可以用非緩沖型基準(zhǔn)或一個(gè)慢速低精確度運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)。因?yàn)?A 端和 B 端處于相同的地電位，所以保持匹配的開關(guān)阻抗相對(duì)容易，甚至在出現(xiàn)電源電壓和溫度變化時(shí)也一樣。結(jié)果，精確的電流輸出 R-2R DAC 具有卓越的 PSRR 和溫度漂移性能。

　　與電流輸出 R-2R DAC 一起使用的輸出放大器需要高開環(huán)增益 (在 18 位時(shí) >110 dB) 和低失調(diào)電壓。A 端和 B 端之間的任何偏移都將產(chǎn)生一種取決于代碼的誤差電流，該誤差電流將以 INL 誤差的形式出現(xiàn)。輸出緩沖器的輸入偏置電流不那么重要，主要以 DAC 輸出偏移的形式出現(xiàn)。因?yàn)閮蓚€(gè)輸入都始終處于地電位，所以放大器的共模抑制不重要。

　　在 16 位時(shí)實(shí)現(xiàn) ±1LSB INL 的電流輸出 R-2R DAC 長(zhǎng)久以來(lái)一直可以普遍購(gòu)得，凌力爾特公司提供一種新的 18 位 DAC 系列，在 18 位分辨率時(shí)實(shí)現(xiàn) ±4ppm 的準(zhǔn)確度或 ±1LSB 的最大 INL，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)有保證 。LTC2757 提供并聯(lián)接口，可立即購(gòu)得。LTC2756/8 單和雙通道 SPI DAC 計(jì)劃在未來(lái)數(shù)月內(nèi)推出。在 18 位時(shí)，LTC2757 從 -40℃～+85℃的典型 INL 漂移不到 ±0.2LSB，高達(dá) 96dB 的 PSRR 使輸出對(duì)電源變化不敏感。

　　緩沖型與非緩沖型 DAC 輸出

　　有些高度準(zhǔn)確的 DAC 在 DAC 內(nèi)部集成了輸出放大器，而其它一些這類放大器則需要一個(gè)外部運(yùn)算放大器。在這兩種情況下，大多數(shù) DAC 都提供集成的電平移動(dòng)和反饋電阻器，以不再需要精確的外部器件。集成輸出放大器的主要優(yōu)點(diǎn)是占板面積小和使用方便。成本通常不是首要因素，因?yàn)橥獠糠糯笃髌骷ǔ１?DAC 本身便宜得多。

　　設(shè)計(jì)師應(yīng)該意識(shí)到，一個(gè)集成的輸出放大器也許會(huì)損害設(shè)計(jì)靈活性。內(nèi)部放大器提供的輸出擺幅、速度、噪聲和功率合起來(lái)，不可能對(duì)于多種應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是最佳的。例如，一個(gè)集成的單電源輸出放大器在靠近電源軌時(shí)將遭遇準(zhǔn)確度下降問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)師必須提供電平移動(dòng)差分基準(zhǔn)，以利用全部的 DAC 代碼范圍。如果內(nèi)部放大器的負(fù)反饋輸出不可使用，則有可能無(wú)法針對(duì)大容性負(fù)載來(lái)補(bǔ)償輸出環(huán)路，或增設(shè)一個(gè)外部緩沖器而不引入第二個(gè)反饋環(huán)路，對(duì)于那些需要一個(gè)較寬輸出擺幅或較高負(fù)載電流的用戶來(lái)說(shuō)，他們將會(huì)由于增設(shè)一個(gè)具有與內(nèi)部放大器環(huán)路相串聯(lián)的獨(dú)立反饋環(huán)路的外部放大級(jí)，而導(dǎo)致準(zhǔn)確度、噪聲和功耗等性能的損失。

　　具有一個(gè)外部放大器的非緩沖型 DAC 一般實(shí)現(xiàn)最佳性能。多種可購(gòu)得的器件給設(shè)計(jì)師提供了自由，可對(duì)給定的應(yīng)用選擇一個(gè)具有最佳準(zhǔn)確度、速度、噪聲和功率的解決方案。

　　選擇輸出放大器

　　當(dāng)選擇與 LTC2757 等準(zhǔn)確的電流輸出 DAC 一起使用的放大器電路時(shí)，失調(diào)電壓是一個(gè)重要的考慮因素。DAC 線性度對(duì)放大器失調(diào)的敏感性取決于 DAC 的實(shí)現(xiàn)方式，制造商應(yīng)該在數(shù)據(jù)表中描述清楚。就 LTC2757 而言，±80μV 的失調(diào)電壓將在 DAC 輸出引起約 ±1LSB 的 INL 誤差。

　　要實(shí)現(xiàn)最佳的 DC 準(zhǔn)確度，最簡(jiǎn)單的解決方案是采用低失調(diào) (10μV) 自動(dòng)調(diào)零放大器 (如 LTC1150 或 LTC2054)。對(duì)于較寬的輸出擺幅來(lái)說(shuō)，可以在環(huán)路中納入諸如 LT1010 等第二個(gè)緩沖器放大器。LT1012 是一個(gè)良好的中間輸出放大器，以低功率 (11.4mW) 實(shí)現(xiàn)中等速度 (120μs 穩(wěn)定時(shí)間) 和良好的準(zhǔn)確度 (±25μV 失調(diào))。

　　對(duì)于高速應(yīng)用來(lái)說(shuō)，一個(gè)良好的選擇是 LTC1468-2，該器件在 18 位時(shí)以 2μs 時(shí)間將 10V 階躍穩(wěn)定在 ±1LSB 之內(nèi)。請(qǐng)注意，±75μV 的最大失調(diào)將在 DAC 輸出端使 INL 劣化高達(dá) ±0.9LSB。對(duì)于需要較高準(zhǔn)確度的高速應(yīng)用來(lái)說(shuō)，放大器失調(diào)可以用數(shù)字電位器來(lái)消除。

　　要在高速且未采用消除失調(diào)的措施時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳準(zhǔn)確度，合成的放大器電路是一個(gè)良好的選擇。例如，LTC2054 用作積分器來(lái)消除放大器失調(diào)。在輸出轉(zhuǎn)換時(shí)，LTC6240 最大限度地降低積分器輸入的干擾，以避免擾亂低頻通路。請(qǐng)注意，跨 1kΩ 電阻器的任何 DC 電流都以失調(diào)電壓的形式出現(xiàn)，會(huì)引起 INL 誤差，因此 LTC6240 具有低輸入偏置電流很重要。LTC1360 提供寬的輸出擺幅。這樣產(chǎn)生的合成放大器以 16μV/√Hz 的噪聲密度在 8us 的時(shí)間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。

　　結(jié)論

　　盡管很多 DAC 架構(gòu)都允許用戶實(shí)現(xiàn) 18 位分辨率和單調(diào)性，但是對(duì)于在 16 位時(shí)需要好于 ±15ppm 的準(zhǔn)確度或 ±1LSB INL 的用戶來(lái)說(shuō)，阻性梯形或 R-2R DAC 是最佳選擇。在電壓和電流輸出 R-2R DAC 之間進(jìn)行選擇時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)該意識(shí)到，每一種架構(gòu)對(duì)電源、基準(zhǔn)和輸出放大器都施加了不同的要求。選擇一個(gè)非緩沖型 DAC 并將該 DAC 與一個(gè)仔細(xì)選擇的放大器結(jié)合，可以最大限度地提高設(shè)計(jì)靈活性，并為給定應(yīng)用提供最佳解決方案。