3V DAC在±10V中的应用
概述
使用3.3V电源供电的现代逻辑系统有时运行在工业环境，可能需要±10V的电压驱动，例如PLC、发送器、电机控制等。满足这一需求的一种方法是选择能够提供±10V电压摆幅的DAC，但更好的方法是使用3.3V的DAC，然后将其输出放大到±10V，理由是：
- 3.3V DAC比±10V DAC具有更高的逻辑完整性。
- 3.3V DAC具有更高速率的逻辑接口，可以解脱微控制器部分任务使其处理其它工作。
- DAC有可能集成在一个大规模、3.3V供电的芯片内(如微控制器)，无法提供±10V输出摆幅。
- 外部负载可能要求一定的输出电流驱动，或驱动容性负载，而±10V DAC无法达到这一需求。
电路框图
电路框图如图
DAC提供相对于基准点压的数字至电压转换，偏置电路对DAC单极性传递函数进行调节，以产生双极性输出，并可校准0V输出点。基准缓冲器能够为基准源提供负载隔离和失调调节。输出缓冲器将偏置电压叠加到信号上，并提供所需的增益，使输出摆幅达到所需要求。另外，输出缓冲器还提供一定的负载驱动能力。
电路说明
图1和图
图1.
图
电路包括以下器件：
基准源
2.5V基准既是DAC的参考电压，也用于生成+1.429V电压。这两项功能使用了相同的基准源，因此，这两个电压间的任何跟踪误差都会影响零失调电压，因此，共模误差只会影响输出的满量程增益，而增益一般不是非常关键的参数。选择2.5V作为主基准是由于该电压非常通用，并且在3.3V、5V供电时均适用。考虑到器件本身的优异性能，我们选择了小尺寸µMAX®封装MAX
数模转换器
工业控制应用中最重要的参数是零点失调误差，本例中MAX5443的单极性输出具有±2 LSB失调误差和±10 LSB的增益误差。这些指标足以满足大多数应用的需求，为了将DAC输出转成双极性信号，通常采用偏置电路将DAC的零点转换为-10V (负向满量程)，将中间码转换为0V。这时DAC的中间码误差是零点失调与增益误差之和，而非±2 LSB。有些应用或许不能接受这一指标，所以我们使用了数字电位器，对其零点输出进行再次校准。
运算放大器
运算放大器U4作为基准缓冲器放置在基准分压电阻网络(U5)与运算放大器(U3)增益电阻网络之间。如果系统中使用了一个以上的DAC，这些DAC可以共用该缓冲器输出。运算放大器U3对DAC电压进行放大，并为其提供偏置。该运算放大器的选择与配置由负载需求决定。应考虑以下指标：
- 最大电压摆幅
- 最大驱动电流
- 容性负载
- 短路保护
- ESD保护
本例中，OP07A能够为负载提供±10V/10mA的驱动，R1与C2网络允许运算放大器驱动较大的容性负载。
影响系统精度的运算放大器参数有VOS (25µV)、IOS (2nA)。IB (2nA)的影响可以由R3、R4抵消。当运算放大器的每一输入端等效电阻相同时，可以消除IB的影响。OP
电阻网络
电阻网络U5 (3:4比例)将+2.5V基准电压降至+1.429V，电阻网络U6 (1:7比例)设置运算放大器U3的增益。比较重要的参数是初始比例误差(0.035%)和比例温度系数(5ppm/°C)。选择MAX5491是由于该器件具有±2kV的ESD保护，这一点非常关键，因为U6的一端可能会暴露在板外，需承受ESD放电的冲击。
数字电位器
本系统使用256级数字电位器MAX5434调节零点失调误差，该器件具有非易失存储器，能够在电源关闭后保持失调值。U7、U5与R2组成的电阻网络可在0V提供大约±100 LSB的调节范围。
分析
对本电路进行PSPICE灵敏度分析，结果表明最大零点失调误差为13 LSB，利用数字电位器可以修正该误差。温度分析结果表明总的温漂误差为0.126 LSB/°C。当温度变化
表1. 灵敏度分析，零输出，初始误差(以LSB为单位)
表2. 敏感性分析，零输出，温度误差(以LSB/°C为单位)
