電源工程師設(shè)計札記:輕松完成電源設(shè)計
AD5791 1 ppm DAC
半導體處理技術(shù)、DAC架構(gòu)設(shè)計和快速片內(nèi)校準技術(shù)的發(fā)展使穩(wěn)定、建立時間短的高線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器成為可能。這種轉(zhuǎn)換器可提供高優(yōu)于1 ppm的相對精度、0.05 ppm/°C溫度漂移、0.1 ppm p-p噪聲、優(yōu)于1 ppm的長期穩(wěn)定性和1MHz吞吐量。這類小型單芯片器件保證性能規(guī)格,無需校準且簡單易用。AD5791及其配套基準電壓源和輸出緩沖的典型功能框圖如圖1所示。
圖1. AD5791典型工作框圖。
AD5791是一款單芯片、20 位、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器,具有額定的1 LSB(最低有效位)積分非線性度(INL)和微分非線性度(DNL),是業(yè)界首款單芯片1 ppm 精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1 LSB@20位為220分之一 =1,048,576分之一 = 1 ppm)。該器件設(shè)計用于高精密儀器儀表以及測試和計量系統(tǒng),與其他解決方案相比,其整體性能有較大提升,具有更高的精度、體積更小、成本更低,使以前不具經(jīng)濟可行性的儀器儀表應(yīng)用成為可能。
其設(shè)計(如圖2所示)采用精密電壓模式R-2R架構(gòu),利用了最新的薄膜電阻匹配技術(shù),并通過片內(nèi)校準例程來實現(xiàn)1 ppm精度。由于AD5791采用工廠校準模式,因而運行時無需校準程序,其延遲不超過100 ns,可用于波形生成應(yīng)用及快速控制環(huán)路。
圖2. DAC梯形結(jié)構(gòu)。
AD5791不但提供出色的線性度,而且可具有9 nV/√Hz噪聲密度、0.1 Hz至10 Hz頻帶內(nèi)0.6 μV峰峰值噪聲、0.05 ppm/°C溫度漂移,且其1000小時長期穩(wěn)定性優(yōu)于0.1 ppm。
作為一種高電壓器件,采用雙電源供電,最高±16.5 V。輸出電壓范圍由正負基準電壓VREFP和VREFN決定,提供了靈活的輸出范圍選擇。
AD5791所用精密架構(gòu)要求使用高性能外置放大器來緩沖來自3.4 k? DAC電阻的基準源,為基準輸入引腳的加載感應(yīng)提供方便,以確保AD5791的1 ppm線性度。AD5791需要一個輸出緩沖來驅(qū)動負載,以減輕3.4 k?輸出阻抗的負擔——除非驅(qū)動的是一個極高阻抗、低電容負載——或者衰減處于容限之內(nèi)并可預(yù)測。
由于放大器為外置型,可根據(jù)噪聲、溫度漂移和速度的優(yōu)化需要進行選擇——并可調(diào)整比例因子——具體視應(yīng)用需要而定。對于基準緩沖,建議采用AD8676 雙通道放大器,其具有低噪聲、低失調(diào)誤差、低失調(diào)誤差漂移和低輸入偏置電流的特點?;鶞示彌_的輸入偏置電流特性非常重要,因為過大的偏置電流會降低直流線性度。積分非線性度的降低(單位:ppm)為輸入偏置電流的函數(shù),一般表示為:
其中,IBIAS 單位為 nA;VREFP和VREFN的單位均為伏特。例如,對于±10 V的基準輸入范圍,100 nA的輸入偏置電流將使INL提高0.05 ppm。
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