CMOS DAC充當(dāng)數(shù)控分壓器

　　數(shù)字電位器在可接受8位分辨率的應(yīng)用中，可作為極佳的數(shù)控分壓器，例如AnalogDevices的AD5160。本篇設(shè)計(jì)實(shí)例介紹在需要更高分辨率的應(yīng)用中如何使用CMOS DAC作為分壓器。

　　數(shù)百萬(wàn)種CMOSR2R（電阻/雙電阻）梯式數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）用于衰減器應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中一個(gè)充當(dāng)電流電壓轉(zhuǎn)換器的外部運(yùn)算放大器強(qiáng)制一個(gè)電流輸出端連接到虛地。只要運(yùn)算放大器能夠生成預(yù)期輸出電壓，DAC的標(biāo)準(zhǔn)輸入是交流或直流均可。倒相是輸入和輸出之間的常態(tài)，因此電路需要雙電源。

　　圖1顯示如何對(duì)這一簡(jiǎn)單電路重新布線，以避免倒相并使用單一電源運(yùn)行。此配置中，DAC充當(dāng)數(shù)字可編程電阻器，DAC代碼更改輸入電壓和DAC IOUT1輸出電流端之間的有效電阻。圖2顯示的可行的實(shí)施方法，使用充當(dāng)分壓器的AD5415雙12位電流輸出DAC的一半。此圖省略了DAC的清晰度控制線。運(yùn)算放大器A1強(qiáng)制IOUT2A輸出電流端的電壓符合IOUT1A輸出電流端的電壓。此方法防止這兩個(gè)線路之間產(chǎn)生電壓差異，如若產(chǎn)生差異，將導(dǎo)致內(nèi)部DAC開(kāi)關(guān)應(yīng)用不同門(mén)源電壓以及DAC的線性衰退。

　　連接分離反饋電阻器RFB和R1，可產(chǎn)生值等同于DAC梯形阻抗（R）的合成反饋電阻器。在此情況下，電路轉(zhuǎn)換函數(shù)為：VOUT/VIN=(R)/(REFF+R)，其中REFF為數(shù)控下的有效DAC電阻。REFF=R(2n)/N，其中n為DAC分辨率，N為數(shù)字輸入碼的等值二進(jìn)制數(shù)。將第二個(gè)等式代入第一個(gè)等式，并且假定DAC增益誤差為零，12比特DAC的電路轉(zhuǎn)換函數(shù)為VOUT/VIN=1/(1+4096/N)。切斷所有電源，基準(zhǔn)電壓與IOUT1A終端之間的有效阻抗無(wú)窮大，因此當(dāng)加載零至DAC時(shí)，輸出電壓在0V時(shí)啟動(dòng)。隨著代碼的不斷增加，輸出電壓線性增加，理想狀態(tài)下，當(dāng)所有代碼加至DAC時(shí)，DAC的輸出電壓約增加至輸入電壓的一半。

　　DAC內(nèi)置N溝道CMOS開(kāi)關(guān)的閾值電壓限制輸出電壓的最大值，因此并非所有的配置都能達(dá)到全碼范圍。柵壓保持在VDD電壓，源壓隨著IOUT1A上的電壓升高。隨著此電壓升高，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻增大并且不確定，導(dǎo)致輸出電壓整平以及作為可預(yù)測(cè)分壓器的電路終止。為了正確操作，VDD電壓必須高出最高輸出電壓幾伏，亦即輸入電壓的一半。否則，輸入電壓必須小于VDD電壓的兩倍減去3V。VDD電壓為5V時(shí)，AD5415線性運(yùn)行至大約3.33V輸出，但是之后整平。如果必需具備更大的輸出電壓范圍，可以用AnologDevices的15V電源AD7541A代替AD5415。可將可用輸出信號(hào)的范圍擴(kuò)大到約7V。