从点到面介绍乘法DAC如何用于DAC以外的其他应用

geren2014

大多数数模转换器(DAC)采用固定的正基准电压工作，输出电压或电流与基准电压和设定的数字码的乘积成比例。而对于所谓的乘法数模转换器(MDAC)，情况并非如此，其基准电压可以变化，变化范围通常是±10V。因此，通过基准电压和数字码可以影响模拟输出（在这两种情况下都是动态的）。

应用

借助相应的接线，模块可以输出放大、衰减或反转的信号（相对于基准信号而言）。因此，其应用领域包括波形发生器、可编程滤波器和PGA（可编程增益放大器），以及其他必须调整失调或增益的很多应用。

图1. 具有可变增益的电路(PGA)

图1显示了一个带下游放大器的14位MDAC AD5453 ，放大器可根据DAC的编程数字码放大或削弱信号。

电路计算

该电路的输出电压(VOUT)计算如下：

除了增益和DAC的设定数字码D之外，输出电压还受运算放大器电源电压的影响或限制。在所示情况下， ADA4637-1 放大器的电源电压为±15 V电压，应输出±12V的最大电压，因此其控制范围足够大。增益由电阻R2和R3确定：

所有电阻（R1至R3）应具有相同的电阻温度系数(TCR)，但不一定要与DAC内部电阻的TCR相同。电阻R1用于根据R2和R3及以下关系调整DAC内部电阻(RFB)：

选择电阻时，必须确保运算放大器在最大输入电压时仍处于工作范围内（DAC可以在VREF下处理±10 V）。还应注意，放大器的输入偏置电流(IBIAS)会被电阻(RFB + R2 || R3)放大，这对失调电压有相当大的影响。选择具有超低输入偏置电流和超低输入失调电压（依据数据手册）的运算放大器ADA4637-1正是基于这个原因。为了防止闭环控制系统不稳定或所谓的响铃振荡，在IOUT和RFB之间插入4.7 pF 电容；特别推荐将这一做法用于快速放大器。

如前所述，放大器的失调电压会被闭环增益放大。当设置增益的外部电阻发生改变，变化值对应于数字步长时，此值会增加到期望值上，产生微分非线性误差。如果它足够大，可能会导致DAC行为非单调。为避免这种效应，有必要选择低失调电压和低输入偏置电流的放大器。

相比其他电路的优势

原则上，如果允许使用外部基准电压源，那么也可以使用标准DAC，不过标准DAC与MDAC之间有一些重大区别。标准DAC的基准输入只能处理幅度有限的单极性电压。除幅度外，基准输入带宽也非常有限。这在数据手册中用乘法带宽值表示。以AD5664 16位DAC为例，该值为340 kHz。乘法DAC的基准输入可以使用双极性电压，其也可以高于电源电压。带宽同样高得多——AD5453的典型带宽为12 MHz。

结语

乘法数模转换器的使用不是那么广泛，但其提供了许多可能性。除了高带宽的自制PGA以外，移动应用也是非常合适的应用，因为其功耗要求低于50 μW。