DAC及其缓冲器有助于提升系统性能与简化设计

　　本文将考察一款新型精密16位DAC,同时针对性能可与变压器媲美的高速互补电流输出DAC的输出缓冲谈一些想法。

　　电压开关式16位DAC提供低噪声、快速建立时间和更出色的线性度

　　基于突破性10位CMOSAD7520--推出已近40年--的电阻梯乘法DAC最初用于反相运算放大器，而放大器的求和点 (IOUTA) 则提供了方便的虚拟地(图1)。

　　图1. CMOS乘法DAC架构

　　然而，在某些限制条件下，它们也可用于提供同相电压输出的电压开关配置 其中，运算放大器用作电压缓冲器(图2)。此处，基准电压VIN施加于OUT,输出电压VOUT,则由VREF提供。后来不久即出现了针对这种用途而优化的12位版本。

　　图2. 电压开关模式下的乘法DAC

　　快速推进到现在： 随着单电源系统的不断普及，设计师面对一个挑战，即在维持高电压下的性能水平的同时控制功耗。对能用于这种模式的更高分辨率(最高16位)的器件的需求也日益增加。

　　在电压开关模式下使用乘法DAC的显着优势是不会发生信号反相，因此，正基准电压会导致正输出电压。但当用于该模式时，R-2R梯形架构也存在一个缺陷。相对于同一DAC用于电流导引模式的情况，与R-2R梯形电阻串联的N沟道开关的非线性电阻将导致积分线性度(INL)下降。

　　为了克服乘法DAC的不足并同时保持电压开关的优势，人们开发出了新型的高分辨率DAC,比如AD5541A,(如图3所示)。AD5541A采用一个部分分段的R-2R梯形网络和互补开关，在16位分辨率下可实现±1-LSB精度，在?40°C至+125°C的整个额定温度范围内均无需调整，其噪声值为11.8 nV/√Hz,建立时间为1?s.

　　图3. AD5541A架构

　　性能特点

　　建立时间： 图4和图5比较了乘法DAC在电压模式下的建立时间以及AD5541A的建立时间。当输出上的容性负载最小时，AD5541A的建立时间约为1?s.

　　图4. 乘法DAC的建立时间

　　图5. AD5541A的建立时间

　　噪声频谱密度： 表1比较了AD5541A和乘法DAC的噪声频谱密度。AD5541A在10kHz下的性能略占优势，在1 kHz下优势非常明显。

　　表1. AD5541A与乘法DAC的噪声频谱密度