问题终结者：乘法数模转换器

问：

乘法 DAC 如何用于 DAC 以外的其他应用?

答：

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：

增益

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：

增益

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)：

R1 + RFB = RFB + R2 || R3

R1 = R2 || R3

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。