把DAC的輸出從單端模式轉換到差分模式的電路

　　高速 DAC，比如模擬器件(Analog Devices)公司的 AD9776/78/79 TxDAC 系列，能提供差分輸出，但對于低端交流電應用或高精度電平設置應用，配備差分轉換電路的單端電流輸出 DAC 提供了一種新穎的方法來(lái)生成差分波形控制功能。圖 1 中的基本電路組合了電流輸出 DAC（即 IC₁，如 8 位AD5424 DAC）和一個(gè)單端至差分運算放大級IC₂、IC_3A、IC_3B——來(lái)產(chǎn)生要求的輸出。對于雙電源應用，可選擇 DAC 的單極工作模式來(lái)達到 DAC 的最優(yōu)性能。DAC 利用單一運算放大器提供了雙象限倍增或單極輸出電壓擺動(dòng)。DAC 的輸出需要緩沖器，這是因為對施加到 DAC 輸入端的代碼進(jìn)行改變，就會(huì )改變它的輸出阻抗。

　　以下公式定義了電路的輸出電壓：V_OUT=-V_REF×(D/2^N)，其中 N 定義了輸入位數，V_REF 是基準電壓，D 是二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等價(jià)值。為了生成正共模電壓，可把負電壓用作 DAC 的基準電壓。DAC 的內部設計可容納 -10 V ~ +10V 的交流電基準輸入信號。在這種模式中，當您依靠一個(gè) 5V 電源對DAC 供電時(shí)，它為四分之一滿(mǎn)刻度代碼變化提供 5Msps 最大更新速率。只有當您的應用需要可調增益時(shí)，才使用電阻器 R₁ 和 R₂。

　　單端至差分級由兩個(gè)交叉耦合運算放大器組成，電阻器 R₅ 和 R₆ 配置成一個(gè)單位增益跟隨器。為了實(shí)現對稱(chēng)電路，各輸出還作為單位增益反相器通過(guò) R₇ 和 R₈ 互相驅動(dòng)。向運算放大器 IC₂ 的正端子施加的電壓設定了電路的共模電壓。電阻器 R₃ 和 R₄ 控制著(zhù)差分電壓的大小。請注意應用的輸出負載要求以及運算放大器的輸入電壓和輸出電壓能力。

　　對于單電源應用，可在反向模式中使用電流輸出 DAC，其中，把基準電壓 V_IN 施加到 DAC的I_OUT1引腳，并從 DAC 的 V_REF 端獲得輸出電壓（圖2）。在這種配置中，正基準電壓產(chǎn)生正輸出電壓。該電路不使用 DAC 的反饋電阻器 R_FB，并且它與 I_OUT1 之間的連接防止了雜散電容效應。DAC 的基準輸入有一個(gè)阻抗，該阻抗隨施加的代碼而變化，因此需要一個(gè)低阻抗源。

　　請注意：DAC梯型電路中的各開(kāi)關(guān)不再具有相同的源極至漏極驅動(dòng)電壓，這又把輸入電壓限制在低電壓。結果，各開(kāi)關(guān)的接通電阻各有不同，并降低了DAC的線(xiàn)性度。另外，該模式還把最高更新速率限制在1.5Msps。您可以使用雙運算放大器的若干部分來(lái)緩沖 DAC 的輸入，并放大 DAC 的輸出電壓（圖 3）。該電路的預定應用決定了您對配套放大器的選擇。對于低速的精密應用，運算放大器需要很低的輸入偏置電流和輸入偏移電壓，以避免 DAC 的 DNL（差分非線(xiàn)性）性能的惡化。例如，AD8628 在室溫和5mV最高輸入偏移電壓下提供 100pA最大偏置電流。運算放大器的低頻噪聲在精密電平設置應用中很重要，而AD8628規定的0.1 Hz ~ 10Hz噪聲低于 0.5mV p-p。它的滿(mǎn)擺幅輸入和輸出使它非常適用于單電源電路。

　　對于高速系統應用，運算放大器的轉換率不得主導 DAC 的轉換率。運算放大器的帶寬必須寬到足以驅動(dòng)反饋負載，并且不得限制電路的總帶寬，而 DAC的輸出電壓穩定時(shí)間應該決定電路的最高更新速率。圖1和圖2中的AD8042提供170MHz 帶寬和 225V/ms轉換率，使它很容易實(shí)現這些結果。其它高速運算放大器，如 AD8022、AD8023、AD8066，在本應用中也工作得很好。

　　DAC 只消耗 0.4mA 電源電流，因此運算放大器主導著(zhù)電路的功耗。為了盡量縮小電路在 印制電路板上的占位面積，您可用單一 AD8044 四芯運算放大器來(lái)代替圖 2 中的所有四個(gè)運算放大器。在 1.4V 共模電壓和 0.6V 差分信號下，數字化 8 點(diǎn)正弦波的單端至差分轉換產(chǎn)生了差分輸出（圖 3）。