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超级干货——DAC接口基本原理

ADI_Amy 員工 在 2015-9-10 建立的討論區
最後回覆由ADI_Amy於2015-10-13提供

本文概述与内置基准电压源、模拟输出、数字输入和时钟驱动器的DAC接口电路相关的 一些重要问题。由于ADC也需要基准电压源和时钟,因此本问中与这些主题相关的大多数概念同样适用于ADC哦。

 

DAC基准电压

越来越多的人简单地将DAC视作具有数字输入和一个模拟输出的器件。但模拟输出取决于 是否存在称为基准电压源的模拟输入,且基准电压源的精度几乎始终是DAC绝对精度的限 制因素。在匹配基准电压源和数据转换器时,基准电压源向导(Voltage Reference Wizard)等 设计工具非常有用。如需获取这些工具及其它,请访问ADI公司网站的设计中心(Design Center)部分。

 

有些ADC和DAC内置基准电压源,而有些则没有。有些ADC使用电源作为基准电压源。 不幸的是,与ADC/DAC基准电压源相关的标准是少之又少。有些情况下,内置基准电压 源的转换器通常可以通过以更为精密和稳定的外部基准电压源覆盖或替换内部基准电压源 来提高直流精度。其它情况下,通过使用外部低噪声基准电压源,也可以改善高分辨率 ADC的无噪声码分辨率。

 

各种各样的ADC和DAC以各种各样的方式支持使用外部基准电压源来替代内部基准电压源。图1所示为一些常见配置(但显然并不是全部)。

QQ截图20150910115935.png

图1:一些常见的ADC/DAC基准电压源选项

 

 

图1A所示为需要外部基准电压源的转 换器。通常建议在ADC/DAC REF IN引脚附近添加合适的去耦电容。基准电压源数据手册 中通常指定了合适的电容值。另外,基准电压源在使用必要的容性负载时保持稳定是非常 重要的。

 

图1B所示为内置基准电压源的转换器,其中基准电压源也引出到器件上的某个引脚。这 样,只要负载不超过额定值,就可以在电路中的其它位置上使用该器件。另外,还要在转 换器引脚附近放置电容。如果内置基准电压源可以通过引脚输出来供外部使用,ADC或 DAC数据手册上通常会指定其精度、稳定性和温度系数。

 

如果是要在电路中的其它位置上使用基准输出,则必须严格遵守与扇出和负载相关的数据 手册规格。此外,必须小心地进行基准输出布线,从而最大程度地减少噪声拾取。很多情 况下,应直接在REF OUT引脚处连接合适的运算放大器缓冲器,然后再扇出至电路的各种 其它部分。

 

图1C所示为采用内部或外部基准电压源但需要额外封装引脚的转换器。如果使用的是内 部基准电压源(如图1C),REF OUT只需外部连接到REF IN并根据需要进行去耦。

 

如果使用 的是外部基准电压源(如图1D),REF OUT保持悬空,且外部基准电压源经过去耦后施加于 REF IN引脚。这种配置相当灵活,可使用相同的基准电压源来驱动类似的ADC或DAC, 从而实现器件之间的良好跟踪性能。

 

图1E所示为使用单个封装引脚以外部基准电压源来覆盖驱动内部基准电压源的配置。电阻 R的值通常为数kΩ,因此允许通过将低阻抗外部基准电压源连接到REF OUT/IN引脚来覆 盖驱动内部基准电压源。图1F显示的是如何连接外部基准电压源来覆盖内部基准电压源。

 

图1所示的配置并不是ADC和DAC基准电压源的唯一配置;欲了解有关选项、扇出和去耦 等的详细信息,请查阅相关的数据手册。

 

虽然基准电压源元件本身可以是带隙型、嵌入式齐纳型或XFET™型,但实际上所有基准电 压源都具有某种类型的输出缓冲器运算放大器。运算放大器将基准电压源元件与输出端隔 离开来并还提供驱动功能。不过,这种运算放大器必须遵守与运算放大器稳定性相关的一 般通则,而这就是基准电压源去耦话题与本文讨论相关的原因所在。

 

注意,ADC或DAC的基准电压输入与ADC的模拟输入相似,因为内部转换过程可以在该 引脚处注入瞬态电流。这就要求进行充分去耦来稳定基准电压。添加此类去耦功能可能导 致某些类型的基准电压源中出现不稳定,具体取决于输出运算放大器设计。当然,基准电 压源数据手册可能并不会给出输出运算放大器的任何详细信息,而这在一定程度上让设计 人员陷入两难境地,担心是否能够保持稳定且不会产生瞬态误差。很多情况下,ADC或 DAC数据手册将会推荐合适的外部基准电压源和建议的去耦网络。

 

设计良好的基准电压源可以在采用重容性去耦时保持稳定。不幸的是,有些基准电压源并 不能做到这点,并且电容越大,瞬态响铃振荡量实际上会增加。由于转换器几乎都需要一 定的本地去耦,因此此类基准电压源在数据转换器应用中实际上毫无用处。

 

基准电压源和数据转换器之间可以添加合适的运算放大器缓冲器。不过,有很多品质良好 的基准电压源可以在使用输出电容时保持稳定。数据转换器应用中应当选择这种类型的基 准电压源,而不是进一步提高运算放大器的复杂性和成本。

結果