電源工程師設(shè)計(jì)札記:輕松完成電源設(shè)計(jì)

　　AD5791 1 ppm DAC

　　半導(dǎo)體處理技術(shù)、DAC架構(gòu)設(shè)計(jì)和快速片內(nèi)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展使穩(wěn)定、建立時(shí)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(duì)精度、0.05 ppm/°C溫度漂移、0.1 ppm p-p噪聲、優(yōu)于1 ppm的長(zhǎng)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(wú)需校準(zhǔn)且簡(jiǎn)單易用。AD5791及其配套基準(zhǔn)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(jì)用于高精密儀器儀表以及測(cè)試和計(jì)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(jì)可行性的儀器儀表應(yīng)用成為可能。

　　其設(shè)計(jì)（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(guò)片內(nèi)校準(zhǔn)例程來(lái)實(shí)現(xiàn)1 ppm精度。由于AD5791采用工廠校準(zhǔn)模式，因而運(yùn)行時(shí)無(wú)需校準(zhǔn)程序，其延遲不超過(guò)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(shí)長(zhǎng)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(fù)基準(zhǔn)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(lái)緩沖來(lái)自3.4 k? DAC電阻的基準(zhǔn)源，為基準(zhǔn)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(gè)輸出緩沖來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，以減輕3.4 k?輸出阻抗的負(fù)擔(dān)——除非驅(qū)動(dòng)的是一個(gè)極高阻抗、低電容負(fù)載——或者衰減處于容限之內(nèi)并可預(yù)測(cè)。

　　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(jìn)行選擇——并可調(diào)整比例因子——具體視應(yīng)用需要而定。對(duì)于基準(zhǔn)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(diǎn)。基準(zhǔn)緩沖的輸入偏置電流特性非常重要，因?yàn)檫^(guò)大的偏置電流會(huì)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(duì)于±10 V的基準(zhǔn)輸入范圍，100 nA的輸入偏置電流將使INL提高0.05 ppm。