DAC應用指南

　　引言

　　數模轉換器(DAC)有著(zhù)很廣泛的應用，作為數字域和模擬域的溝通橋梁，DAC在許多重要場(chǎng)合中都非常有用。有個(gè)問(wèn)題常被問(wèn)及：“既然技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入數字時(shí)代，DAC是否將從電子世界中消失呢?”答案是不會(huì )!盡管IC制造商每年都會(huì )將更多的特性集成到處理器或FPGA中，但總還會(huì )有一些接口類(lèi)的應用需求。在全新的3.3V數字世界中，要處理不穩定的和動(dòng)態(tài)模擬信號并不容易，所以DAC在電子行業(yè)中將繼續發(fā)揮重要作用。

　　盡管沒(méi)有詳盡的應用列表，表1還是給出了許多常見(jiàn)的應用，介紹DAC在系統內的典型功用。在一些應用中，DAC的功能相對比較明了，但在校準等其他應用中就沒(méi)有那么明顯

　　DAC應用指南

　　DAC Applications Review Bill Mcculley 　美國國家半導體了。本文中，我們將回顧一些具體應用：如CD唱機中的音頻DAC，校準和電機控制。

　　音頻DAC-消費類(lèi)CD播放器

　　DAC在消費音頻產(chǎn)品中扮演了重要的角色，隨著(zhù)半導體制造商將更多特性集成到高價(jià)值產(chǎn)品中，專(zhuān)業(yè)音頻DAC數量實(shí)現了連年增長(cháng)。圖1給出了用在消費類(lèi)CD播放器中的高分辨率DAC。

　　圖1中的第一個(gè)模塊代表了光學(xué)讀頭。這個(gè)模塊含有激光二極管、反射鏡和聚焦透鏡，還有一個(gè)光電探測器將反射光轉換為電信號。第二個(gè)模塊包括調理電路、采樣電路和一個(gè)音頻DSP，或者一個(gè)定制的專(zhuān)用集成電路(ASIC)。在該應用中，CD播放器將播放各種音頻信號，從搖滾樂(lè )到線(xiàn)性度極好、失真度和噪聲都極低的古典交響樂(lè )。就DAC而言，其分辨率通常很高(24位或更高)。另外，如果是一個(gè)音頻DAC，針對于音頻應用，它還有其他一些特點(diǎn)和具體的性能特性。大多數CD唱機都要用到外部低通濾波器(LPF)或緩沖電路。本應用的最終目標是產(chǎn)生最優(yōu)質(zhì)的聲音：在整個(gè)音頻頻譜內，其失真度和噪聲都很低。

　　校準

　　無(wú)論是用于A(yíng)DC電路的簡(jiǎn)單調理電路或者高度復雜的工業(yè)和工廠(chǎng)系統，DAC在校準任務(wù)中都非常有用。根據校準要求，可能需要對一系列參數進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整以確保結果的一致性，比如電壓偏置、增益調整或電流偏置。每年，工廠(chǎng)生產(chǎn)都變得更加自動(dòng)化。但不管自動(dòng)化水平如何，對電路的正確校準都會(huì )越來(lái)越重要。通常需要一種方式來(lái)快速探測系統輸出錯誤，然后通過(guò)在流動(dòng)過(guò)程起點(diǎn)引入“修正”而對其進(jìn)行處理。由于“修正”在本質(zhì)上屬于模擬域內操作，所以在許多應用中DAC均是該任務(wù)的理想選擇 。

　　圖2示意了一類(lèi)需要特殊校準的應用，這是一個(gè)壓力傳感系統。電路從傳感器中獲得一個(gè)低電平電壓信號，將其饋入ADC/處理器用于顯示或進(jìn)一步動(dòng)作。圖中的橋式傳感器從壓力傳感器處接收信號，并由此產(chǎn)生相應的輸出電壓?？傊?，傳感器/電橋功能作為一個(gè)壓力橋傳感器[1]。由于小信號的緣故，要使用一個(gè)儀表放大器(In Amp)將小差分信號放大。根據信號強度，可以為其提供增益，確保對于A(yíng)DC的輸入而言，信號是滿(mǎn)刻度的。儀表放大器還可以緩沖送往ADC的信號，該ADC將對信號進(jìn)行采樣，而后將數據編碼送到微控制器或FPGA中。

　　對于許多用戶(hù)來(lái)說(shuō)更重要的是，壓力傳感系統在眾多情況下會(huì )需要較高精度和更高準確性。這些情況包括溫度的改變和變化的全盤(pán)寄生誤差，甚至是多種不同器件的容差等。多數情況下，產(chǎn)品外部引入的整體誤差會(huì )變得很大。在該應用中，用一對DAC對增益誤差和傳感器偏置進(jìn)行動(dòng)態(tài)“校準”或修正。如圖2所示，DAC增益調節和DAC傳感器偏置這兩部分會(huì )接收數據編碼，微控制器借助代碼進(jìn)行適當地修正。(使用查找表或內部軟件比較程序)可以很容易地對微控制器進(jìn)行編程，將合適的校準數據送至DAC。模擬電壓從DAC流經(jīng)另外一對儀表放大器，進(jìn)行預除和緩存處理。用于偏置和增益校準的信號之后送往主要的儀表放大器非反相輸入端。

　　文章最后給出了簡(jiǎn)略原理圖的超鏈接[2]。該示意圖并不涵蓋設計的所有方面，如電源、旁路和電壓參考電路等。但它向讀者示意了如何用DAC和儀表放大器對傳感器電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準。DAC型號為DAC122S085，它是一個(gè)雙通道的12位DAC。DAC通過(guò)SPI接口將微控制器的數據編碼轉換，并將電壓信號傳遞至儀表放大器校準電路上。

　　查看原理圖時(shí)需要考慮LMP7702 和LMP2016運算放大器的選項，它們的組合可構成儀表放大器。根據具體的應用要求，也可以使用一個(gè)集成式儀表放大器。LMP8358就是一個(gè)集成式儀表放大器。即使是最好的軌至軌輸出放大器，在單電源下工作時(shí)也不能輸出0V電壓。這會(huì )導致誤差積累，因為放大器的輸出飽和電壓會(huì )在接下來(lái)的放大級中被放大。一種緩解方法是引入一個(gè)很小的負電源電壓，防止放大器輸出在0V時(shí)達到飽和，有利于精確維持0V水平。另一個(gè)好處就是它可以充分使用ADC的全部輸入范圍。在原理圖中，我們給電路中的每個(gè)儀表放大器均添加了一個(gè)-0.23V的微小負電壓，使用的是LM7705負偏置發(fā)生器。