利用16位電壓輸出DAC AD5542A/AD5541A實現高精度電平設置

電路功能與優勢

利用電壓輸出DAC實現真正的16位性能不僅要求選擇適當的DAC，而且要求選擇適當的配套支持器件。針對精密16位數模轉換應用，本電路使用AD5542A/AD5541A電壓輸出DAC、ADR421基準電壓源以及用作基準電壓緩沖的AD8675超低失調運算放大器，提供了一款低風險解決方案。

基準電壓緩沖對于設計至關重要，開環增益高達120 dB的AD8675已經過驗證和測試，符合本電路關于建立時間、失調電壓和低阻抗驅動能力的要求。需要時，精密、低失調OP1177可以用作可選的輸出緩沖器。

這一器件組合可以提供業界領先的16位分辨率、±1 LSB積分非線性(INL)和±1 LSB微分非線性(DNL)，確保單調性，并且有功耗、小PCB和高性價比等特性。

室溫下，此電路的實測零電平誤差和增益誤差分別為±0.7 LSB和±2 LSB。在整個溫度范圍內(-40℃～+85℃)，零電平誤差為±1.5 LSB，增益誤差為±3 LSB。這些測量結果從AD5542A的VOUT直接獲得，沒有連接輸出緩沖器。

本電路采用電壓輸出DAC AD5542A，提供真16位INL和DNL。AD5541A/AD5542A的DAC架構為分段R-2R電壓模式DAC。采用這種配置，輸出阻抗與碼無關，而基準電壓源的輸入阻抗與碼高度相關。因此，基準電壓緩沖選擇對于碼相關基準電流的處理非常重要，如果DAC基準電壓緩沖不充分，可能導致線性誤差。基準電壓電路中的失調誤差會引起DAC輸出端產生增益誤差。

本電路采用驅動/檢測配置(開爾文檢測)的AD8675運算放大器作為AD5542A的低阻抗輸出基準電壓緩沖。AD8675具有120 dB的開環增益，是一款精密的36 V、2.8 nV/Hz運算放大器。其典型失調電壓為10 μV，典型溫漂小于0.2 μV/°C，噪聲為0.1 μV峰峰值(0 Hz～10 Hz)，因而AD8675特別適合需要最小誤差源的應用。

AD5542A有兩種工作模式:緩沖模式和非緩沖模式。本電路所用的可選輸出放大器為高精度OP1177。DAC的輸出阻抗恒定(典型值6.25 kΩ)，且與碼無關，但為了將增益誤差降至最小，輸出放大器的輸入阻抗應盡可能高。輸出放大器還應具有1 MHz或更高的3 dB帶寬。輸出放大器給系統增加了另一個時間常數，因此會延長輸出的建立時間。運算放大器的帶寬越寬，則DAC與放大器組合的有效建立時間越短。

圖1所示器件組合實現了最小PCB面積。AD5542A采用3 mm×3 mm、16引腳LFCSP或16引腳TSSOP封裝。AD5541A采用3 mm×3 mm、10引腳LFCSP或10引腳MSOP封裝。AD5541A不包含基準電壓和地上的開爾文檢測線路、清零功能以及RFB和RINV電阻。AD8675和ADR421采用8引腳MSOP或SOIC封裝，OP1177采用8引腳MSOP封裝。可選輸出運算放大器為采用單位增益配置的OP1177，它包括一個與反相輸入端串聯的6.19 kΩ電阻。此電阻用于抵消偏置電流，并與AD5542A的輸出電阻相匹配，后者約為6.25 kΩ±20%。

測量結果表明，AD5542A/AD5541A是高精度、低噪聲電平設置應用的理想選擇。在這一高精度、高性能系統中，通過基準電壓源ADR421和基準電壓緩沖AD8675保持直流性能水平。測量直接在VOUT上進行，沒有連接可選的輸出緩沖器。

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