КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ УМНОЖАЮЩИЙ ЦАП

30.12.2022 |

Большинство цифро-аналоговых преобразователей работают с постоянным, как правило, положительным источником опорного напряжения, а выходное напряжение или ток такого ЦАП пропорциональны цифровому коду на его входе. В умножающих ЦАП (MDAC) напряжение опорного источника изменяется, как правило, в диапазоне ±10 В. Выходное напряжение или ток в этом случае зависят от произведения входного кода на напряжение опорного источника. Таким образом, умножающий ЦАП может усиливать, ослаблять или инвертировать выходной сигнал относительно опорного напряжения. Основные области применения умножающих ЦАП: генераторы сигналов произвольной формы, программируемые фильтры, усилители с программируемым коэффициентом усиления (PGA-усилители) и многие другие устройства с программируемым наклоном или смещением передаточной характеристики.
Структурная схема умножающего 14-разрядного ЦАП AD5453 в составе PGA-усилителя приведена на рис.1. Рассчитать величину выходного напряжения усилителя можно по формуле

VOUT = -Ky × VIN × D/2n,

где VOUT – выходное напряжение; Ky – коэффициент усиления; VIN – напряжение опорного источника; D – значение цифрового кода.

Рис. 1. Усилитель с программируемым
коэффициентом усиления на основе
умножающего ЦАП

Напряжение питания усилителя ADА4637-1 ±15 В, а максимальный размах выходного напряжения – ±12 В. Коэффициент усиления усилителя Ky определяется из выражения
Ky= (R2 + R3)/R2.
Желательно, чтобы ТКС этих резисторов был таким же, как и ТКС резисторов ЦАП. Величина сопротивления R1 выбирается исходя из соотношения
RЦАП+R1 = RЦАП + (R2R3/R2+R3),
где RЦАП – сопротивление матрицы R-2R ЦАП.
Это позволяет поддерживать выходное напряжение программируемого PGA-усилителя в заданном диапазоне напряжения при VREF = ± 10 В.
Отметим, что в приведенной на рис. 1 схеме напряжение и ток смещения должны быть минимальны, т.к. они будут умножаться на величину, равную Ky.
Использование в цепи обратной связи конденсатора емкостью 4.7 пФ позволяет обеспечить устойчивость усилителя.
Стандартные ЦАП тоже могут работать в умножающем режиме, однако напряжение опорного источника стандартных ЦАП изменяется в узком диапазоне, как правило, положительной полярности. Диапазон частот по входу опорного источника в стандартном ЦАП не превышает нескольких сотен килогерц, например, для 16-разрядного ЦАП AD5664 эта величина составляет всего 340 кГц. В то время, как умножающий ЦАП AD5453 работает с биполярным напряжением в полосе частот до 12 МГц.

ВЫВОДЫ
Современные умножающие ЦАП не получили широкого распространения в промышленности, однако их применение в ряде устройств позволяет обеспечить функции, которые не поддерживаются стандартными ЦАП. Кроме того, современные умножающие ЦАП отличаются сравнительно малым потреблением, не более 50 мВт, что дает возможность использовать их в мобильных устройствах.