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另辟蹊径——使单极性DAC成为双极性

上网日期: 2014年06月13日 ?? 作者: Yuriy Kurtsevoy ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:单极性DAC? 双极性? 电压基准? 运算放大器?

作者:Yuriy Kurtsevoy,技术团队资深成员,Maxim Integrated

《逆楼梯而上》出自于同名电影、剧本及书籍,这是一部以纽约市一所学校为背景的喜剧。标题来自于一项对学生的惩罚措施:沿向下运动的台阶向上走。当台阶向下运动时,沿台阶或图中所示的自动扶梯(图1)向上跑,这对孩子来说总是一种抵挡不住的诱惑。有人可能会说孩子的思维“不拘泥于条条框框”或突破常规,也许是这样吧。显然,他是在挑战预期、规定的流程、或常规思维。他也说明,拿出一些勇气,可通过非常规方法实现目标。这对工程师也具有一定借鉴意义。

小男孩沿自动扶梯向上走,用非常规方法实现其目的,或许有些顽皮的成分。工程师可从中受到启发,利用非常规方法解决问题(电子工程专辑)
图1:小男孩沿自动扶梯向上走,用非常规方法实现其目的,或许有些顽皮的成分。工程师可从中受到启发,利用非常规方法解决问题。

我们有时候在设计模拟IC时,设计“元素”彼此间并不总是那么适合。解决方案似乎异常难以捉摸。比如我们需要利用单极性DAC实现双极性输出。当今业内的发展趋势是小、低功耗和高性能器件,这几个条件在决定解决方案时极具优势。然而,这种低电压单极性DAC不能直接用于高性能、高电压、高电流或双极性应用;任何附加电路必须不能降低DAC的性能。在这种情况下,我们就应该不走寻常路,尝试一些不同的方法。本文将介绍如何通过增加一个高电压运算放大器,利用单极性DAC实现双极性输出。

改造“理想”的单极性DAC

图2所示为简单的双极性输出电路,电路包括单极性DAC、高精度电压基准和高精度运算放大器。

典型双极性输出工作电路(电子工程专辑)
图2. 典型双极性输出工作电路。

该电路的输出功能基于对理想运算放大器的两个常见假设:

1) 运算放大器的输入电流为0。

2) 稳态条件下,V+输入电压等于V-输入电压。

根据基尔霍夫电流定律,V-节点的公式为:

(公式1)(电子工程专辑)
(公式1)

从式1中解出VOUT,并利用VDAC代替V-:

(公式2)(电子工程专辑)
(公式2)

实际上,我们已经推导出差分放大器的公式,其中第一项为同相输入,第二项为反相分量,每一项具有各自的增益。

由于DAC输出VDAC是输入编码及基准电压的函数,式2可写为:

(公式3)(电子工程专辑)
(公式3)

如果RFB = RINV,其比值为1,则可进一步将该式简化为:

(公式4)(电子工程专辑)
(公式4)

所以,双极性工作允许输出在-VREF至+VREF之间摆动,增益为单位增益。表1所示为根据式4得出的图2中理想16位DAC采用2.5V VREF时的理想双极性输出数据与对应的编码。


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