選擇和使用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器

　對于高準確度應(yīng)用來說，這種架構(gòu)具有很多優(yōu)點。基準阻抗是恒定的，可以用非緩沖型基準或一個慢速低精確度運算放大器驅(qū)動。因為 A 端和 B 端處于相同的地電位，所以保持匹配的開關(guān)阻抗相對容易，甚至在出現(xiàn)電源電壓和溫度變化時也一樣。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 >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)。因為兩個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 位時實現(xiàn) ±1LSB INL 的電流輸出 R-2R DAC 長久以來一直可以普遍購得，凌力爾特公司提供一種新的 18 位 DAC 系列，在 18 位分辨率時實現(xiàn) ±4ppm 的準確度或 ±1LSB 的最大 INL，在整個溫度范圍內(nèi)有保證 。LTC2757 提供并聯(lián)接口，可立即購得。LTC2756/8 單和雙通道 SPI DAC 計劃在未來數(shù)月內(nèi)推出。在 18 位時，LTC2757 從 -40℃～+85℃的典型 INL 漂移不到 ±0.2LSB，高達 96dB 的 PSRR 使輸出對電源變化不敏感。

　　緩沖型與非緩沖型 DAC 輸出

　　有些高度準確的 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外部運算放大器。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)點是占板面積小和使用方便。成本通常不是首要因素，因為外部放大器器件通常比 DAC 本身便宜得多。

　　設(shè)計師應(yīng)該意識到，一個集成的輸出放大器也許會損害設(shè)計靈活性。內(nèi)部放大器提供的輸出擺幅、速度、噪聲和功率合起來，不可能對于多種應(yīng)用來說都是最佳的。例如，一個集成的單電源輸出放大器在靠近電源軌時將遭遇準確度下降問題，因此設(shè)計師必須提供電平移動差分基準，以利用全部的 DAC 代碼范圍。如果內(nèi)部放大器的負反饋輸出不可使用，則有可能無法針對大容性負載來補償輸出環(huán)路，或增設(shè)一個外部緩沖器而不引入第二個反饋環(huán)路，對于那些需要一個較寬輸出擺幅或較高負載電流的用戶來說，他們將會由于增設(shè)一個具有與內(nèi)部放大器環(huán)路相串聯(lián)的獨立反饋環(huán)路的外部放大級，而導(dǎo)致準確度、噪聲和功耗等性能的損失。

　　具有一個外部放大器的非緩沖型 DAC 一般實現(xiàn)最佳性能。多種可購得的器件給設(shè)計師提供了自由，可對給定的應(yīng)用選擇一個具有最佳準確度、速度、噪聲和功率的解決方案。

　　選擇輸出放大器

　　當選擇與 LTC2757 等準確的電流輸出 DAC 一起使用的放大器電路時，失調(diào)電壓是一個重要的考慮因素。DAC 線性度對放大器失調(diào)的敏感性取決于 DAC 的實現(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。

　　要實現(xiàn)最佳的 DC 準確度，最簡單的解決方案是采用低失調(diào) (10μV) 自動調(diào)零放大器 (如 LTC1150 或 LTC2054)。對于較寬的輸出擺幅來說，可以在環(huán)路中納入諸如 LT1010 等第二個緩沖器放大器。LT1012 是一個良好的中間輸出放大器，以低功率 (11.4mW) 實現(xiàn)中等速度 (120μs 穩(wěn)定時間) 和良好的準確度 (±25μV 失調(diào))。

　　對于高速應(yīng)用來說，一個良好的選擇是 LTC1468-2，該器件在 18 位時以 2μs 時間將 10V 階躍穩(wěn)定在 ±1LSB 之內(nèi)。請注意，±75μV 的最大失調(diào)將在 DAC 輸出端使 INL 劣化高達 ±0.9LSB。對于需要較高準確度的高速應(yīng)用來說，放大器失調(diào)可以用數(shù)字電位器來消除。

　　要在高速且未采用消除失調(diào)的措施時實現(xiàn)最佳準確度，合成的放大器電路是一個良好的選擇。例如，LTC2054 用作積分器來消除放大器失調(diào)。在輸出轉(zhuǎn)換時，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 的時間實現(xiàn)穩(wěn)定。

　　結(jié)論

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