基于高分辨率乘法DAC的交流信号处理

简介

所有数模转换器（DAC）都提供与数字设置增益和所施加基准电压之积成比例的输出。乘法DAC与固定基准电压DAC不同，因为它可以将高分辨率数字设置增益应用施加到可变带宽模拟信号上。本文将讨论电阻梯乘法DAC及其对交流信号处理应用的适用性。

基本原理

从1974年ADI公司推出世界首款（10 位）CMOS IC乘法DAC 以来，ADI公司就一直是乘法DAC设计与生产的领先者。它们采用一个具有适当带宽的放大器，利用一个切换式R-2R梯和一个片内反馈电阻实现了调整交流增益或可变直流基准电压输入信号增益的简单方法，从而用DAC取代了典型反相运算放大器级的输入和反馈电阻（图 1）。数字调整电阻梯和片内反馈电阻一起，提供与数字输入成比例的增益（D/2n ），使RDAC起到了可变输入电阻的作用。

图 1. 反相增益配置

乘法DAC的市场发展迅速，历经数代更新，产品的分辨率、精度和速度有了大幅提升，增加了各种数字存储功能、串行通信选项，尺寸和成本大大降低并且每个芯片上还可以配置额外的DAC。最新一代的乘法DAC提供理想的构建模块，用于控制可变直流或快速交流电压信号的增益。

电阻（R-2R）梯用于运算放大器反馈电路，提供数字控制电流，电流经 RFB转换成输出电压。放大器以低阻抗提供此输出。基准电压输入具有恒定的对地电阻R。图 2 显示了该工作原理。图 2a中，源电流VREF/R转换成输出电压。放大器以低阻抗提供此输出。基准电压输入具有恒定的对地电阻R。图 2 显示了该工作原理。图 2a中，源电流IOUT1或导引至地（一般称IOUT2）。同理，剩余电流的一半由开关S2 导引……如此类推。如果开关由一个数字字D（S1 是MSB）激活，则流经RFB （=R）的IOUT1端电流之和为 D × 2–n × VREF/R。此配置的重要优势包括：可最大程度地降低瞬态，因为开关在地和虚地之间切换；RFB与梯形电阻片内匹配，具备出色的温度跟踪性能。

图 2. a） R-2R梯原理；b） 乘法DAC，VOUT = 0 to −VREF.

数字字D给出的数值范围取决于所用的器件。ADI公司的部分AD545x/AD554x系列乘法DAC的D值范围（第一象限）如下：

提高增益

对于输出电压必须大于VIN的应用，可通过在DAC级后面增加外部放大器来提高增益；或者只需通过衰减反馈电压在单级中实现，如图 3 所示。所示近似值对R2||R3<<RFB。R2 和 R3 应具有相似的温度系数，但如果R2||R3 与RFB相比较小，则其无需与DAC的温度系数相匹配。

图 3. 提高乘法 DAC 的增益

来源：电子发烧友