利用DAC实现高精度、双极性电压输出数模转换

电路描述

    AD5763是一款高性能数模转换器，可保证单调性，积分非线性(INL)误差为±1 LSB（C级器件），噪声低，建立时间为10 μs。在以下电源电压范围内，保证具有额定性能：AVDD电源电压范围为+4.75 V至+5.25 V，AVSS电源电压范围为-4.75 V至-5.25 V。基准电压输入为2.048 V时，标称满量程输出范围为±4.096 V。

    为使该DAC在整个工作温度范围内达到最佳性能，必须使用精密基准电压源。AD5763内置基准电压源缓冲器，因而无需外部正负基准电压源及相关的缓冲器，这样便进一步节省了成本和电路板空间。因为基准输入（REFA、REFB）上施加的电压用来产生DAC内核所用的内部缓冲正负基准电压，所以外部基准电压的任何误差均会通过该器件的输出反映出来。

    针对高精度应用选择基准电压源时，需要考虑四种可能的误差源：初始精度、输出电压的温度系数、长期漂移和输出电压噪声。表1列出了ADI公司的其它2.048 V精密基准电压源候选产品及其特性。

表1：2.048 V精密基准电压源

电路功能与优势

    本电路采用双通道、16位、串行输入、双极性电压输出DACAD5763，可提供高精度、双极性数据转换。它利用精密基准电压源ADR420 在整个工作温度范围内实现最佳DAC性能。该16位精密DAC所需的外部器件只有基准电压源、电源引脚和基准输入上的去耦电容以及可选的短路电流设置电阻，因此，这种实施方案可以节省成本和电路板空间。本电路非常适合闭环伺服控制和开环控制应用。

图1：采用精密基准电压源的AD5763 DAC高精度、双极性配置

    在任何注重精度的电路中，精心考虑电源和接地回路布局有助于确保达到额定性能。AD5763所用的PCB必须采用模拟与数字部分分离设计，并限制在电路板的一定区域内。如果AD5763所在系统中有多个器件要求AGND至DGND连接，则只能在一个点上进行连接。星形接地点尽可能靠近器件。AD5763必须采用足够大的10 μF电源旁路电容，与每个电源上的0.1 μF电容并联，并且尽可能靠近封装，最好是正对着该器件。10 μF电容为钽珠型电容。0.1 μF电容必须具有低有效串联电阻(ESR)和低有效串联电感(ESL)，如高频时提供低阻抗接地路径的普通陶瓷型电容，以便处理内部逻辑开关所引起的瞬态电流。

     AD5763的电源走线必须尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的突波效应。时钟等快速开关信号必须利用数字地屏蔽起来，以免向电路板上的其它器件辐射噪声，并且绝不应靠近基准输入。SDIN线路与SCLK线路之间布设接地线路有助于降低二者之间的串扰（多层电路板上不需要，因为它有独立的接地层；不过，接地线路有助于分开不同线路）。基准输入上的噪声必须降至最低，因为这种噪声会被耦合至DAC输出。应避免数字信号与模拟信号交叠。电路板相反两侧上的走线必须彼此垂直，这样有助于减小电路板上的馈通效应。推荐使用微带线技术，但这种技术对于双面电路板未必始终可行。采用这种技术时，电路板的元件侧专用于接地层，信号走线则布设在焊接侧。电路板至少需要4层才能实现最佳布局和性能：一个接地层、一个电源层和两个信号层。