如何利用乘法DAC和運算放大器提供可編程增益

電路功能與優(yōu)勢

本電路利用乘法DAC和運算放大器提供可編程增益功能。最大增益值和溫度系數(shù)由外部電阻設(shè)置，可編程增益的分辨率由DAC的分辨率設(shè)置。

圖1：采用電流輸出DAC的可編程增益電路（原理示意圖）

電路描述

圖1所示電路就是推薦用來提高電路增益的方法。R1、R2和R3應(yīng)具有相似的溫度系數(shù)，但不必與DAC的溫度系數(shù)相匹配。在要求增益大于1的電路中，推薦使用這種方法。增益為：

VOUT = ?Gain × VIN × （D/2N）

其中D為載入DAC數(shù)字字的小數(shù)表示，n為位數(shù)： D = 0 to 255 （8位 AD5426）; D = 0 to 1023 （10位 AD5432）; and D = 0 to 4095 （12位 AD5443）。該電路的主要優(yōu)勢就是能夠解決增益溫度系數(shù)誤差問題。外部電阻的溫度系數(shù)需要匹配，但不必與DAC梯形電阻的溫度系數(shù)相匹配。

之所以需要電阻R1，是因為R1加上DAC的輸入阻抗必須等于總反饋電阻，即RFB + R2||R3。DAC的輸入阻抗為RFB，因此

R1 + RFB = RFB + R2||R3

R1 = R2||R3

R1和R2的值必須適當(dāng)選擇，這樣對于給定的電源電壓，輸出電壓才不會超過運算放大器的輸出范圍。另外還應(yīng)注意，運算放大器的偏置電流乘以總反饋電阻（RFB + R2||R3），即可產(chǎn)生相應(yīng)的失調(diào)電壓。因此，R1和R2的值不能太大，否則將對總輸出失調(diào)電壓產(chǎn)生顯著影響。

運算放大器的輸入失調(diào)電壓要乘以電路的可變增益（由于存在DAC的代碼相關(guān)輸出阻抗）。由于放大器的輸入電壓出現(xiàn)失調(diào)，因而兩個相鄰數(shù)字小數(shù)之間的噪聲增益變化會使輸出電壓產(chǎn)生步進變化。此輸出電壓變化與兩個代碼間所需的輸出變化相疊加，引起差分線性誤差；如果該誤差足夠大，可能會導(dǎo)致DAC非單調(diào)。AD8065 借助其低輸入失調(diào)電壓和低偏置電流特性可解決這一問題。

常見變化

OP1177 是另一款適合該電流電壓轉(zhuǎn)換電路的優(yōu)秀運算放大器，它同樣具有低失調(diào)電壓和超低偏置電流特性。至于基準(zhǔn)電壓的選擇，輸入電壓會受所選運算放大器的軌到軌電壓限制，增益則同樣由電阻R2和R3設(shè)置。