本文討論Maxim力/檢測數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的應(yīng)用電路。應(yīng)用包括：可選固定增益DAC、可編程增益DAC、光電二極管偏置控制、電化學傳感器控制、數(shù)字可編程電流源、開爾文負載檢測、溫度檢測和高電流DAC輸出。還簡要介紹了各種DAC輸出配置。

力/檢測DAC是獨一無二的，因為除了傳統(tǒng)輸出外，它們還允許用戶訪問輸出緩沖放大器的反相節(jié)點。這些DAC很有趣，因為它們提供了靈活性，只需添加幾個簡單的元件即可創(chuàng)建自定義DAC增益或其他有用的電路。

緩沖、電壓DAC輸出的類型

圖1顯示了三種常見的緩沖電壓輸出DAC。第一種具有由內(nèi)部電阻比（通常為+1.0、+1.638或+2.0V/V）定義的固定增益，并且沒有用于調(diào)整失調(diào)的規(guī)定。第二種類型也使用內(nèi)部電阻來設(shè)置固定增益，但同相增益運算放大器拓撲中的常接地電阻抽頭被引入外部引腳，允許失調(diào)調(diào)整。最終輸出類型為力/檢測，它提供了一個引腳，直接連接到輸出運算放大器的反相端，從而產(chǎn)生了最大的靈活性。

圖1.DAC輸出類型：（a）無失調(diào)調(diào)整的固定增益，（b）帶失調(diào)調(diào)整的固定增益，（c）力/檢測。

前兩種DAC類型（圖1a和1b）的主要優(yōu)點是內(nèi)部電阻經(jīng)過調(diào)整，以提供低于±1%的典型增益誤差，并且它們在整個溫度范圍內(nèi)相互密切跟蹤，以提供低于10ppm的典型增益溫度系數(shù)。缺點是單通道固定增益，只能通過在DAC輸出后增加一個放大器來改變。后兩種DAC類型的一個優(yōu)點是失調(diào)誤差可以通過外部電路消除。力/檢測類型還有一個優(yōu)點，即可以在外部為給定應(yīng)用設(shè)置特定增益。力/檢測DAC的增益誤差在單位增益配置中指定（運算放大器輸出和反相端子連接），外部電阻容差會產(chǎn)生額外的增益誤差。主要缺點是需要昂貴的分立電阻、電阻陣列或數(shù)字電位計來匹配固定增益DAC的增益容差和溫度漂移特性。

力/檢測DAC的最后一個優(yōu)點是，它允許僅使用幾個簡單的外部元件創(chuàng)建許多有用的電路。下一節(jié)將介紹幾個電路示例。

力/檢測DAC應(yīng)用電路

使用MAX5123的力/檢測輸出的自定義固定增益示例如圖2所示。本例采用內(nèi)部+1.25V基準，增益設(shè)置為+2.20V/V，采用外部分立電阻，提供近似0至2.75V DAC輸出電壓范圍。

圖2.DAC具有+2.20V/V的可選固定增益。

通過組合力/檢測DAC和數(shù)字電位計，也可以實現(xiàn)數(shù)字可編程DAC增益。使用MAX5175/MAX5177 DAC和MAX5400/MAX5415數(shù)字電位器的兩個示例如圖3所示。兩款器件共享相同的SPI接口，允許使用四個數(shù)字接口信號（時鐘、數(shù)據(jù)輸入和兩個片選）實現(xiàn)只寫功能。

圖3.使用數(shù)字電位計的可編程增益DAC：（a）更大的增益范圍，更低的增益設(shè)置分辨率，（b）更小的增益范圍，更高的增益設(shè)置分辨率。

在第一個電路（圖3a）中，MAX5175的增益由單個MAX5400數(shù)字電位器設(shè)置，上電時默認增益為+1.992V/V。增益調(diào)諧分辨率在此默認值附近為~±0.8%，表明+2.00V/V的增益可以設(shè)置在~±0.4%以內(nèi)。非線性增益范圍約為+1V/V至+255V/V，但可用增益上限將受到基準電壓和電源電壓的限制。增益設(shè)置分辨率在較高增益下也會變差。該電路的一大優(yōu)點是增益溫度系數(shù)通常為~5ppm/°C，因為它由單個電位計內(nèi)匹配良好的電阻設(shè)置。

第二電路（圖3b）使用雙路、8位MAX5415電位器設(shè)置14位MAX5173 DAC的增益。該電路的上電默認增益正好為+2.00V，調(diào)諧分辨率在該增益值附近為<0.02%。由于使用兩個8位電位電位器，因此該電路在1至65的整個非線性增益范圍內(nèi)具有良好的調(diào)諧分辨率。雖然電位計之間的電阻溫度系數(shù)沒有規(guī)定，但它應(yīng)該接近各個電位計的典型5ppm/°C比例規(guī)格，因為它們都位于同一硅上。

圖3中的電路提供了兩全其美的優(yōu)勢;力/檢測的增益設(shè)置靈活性，以及與固定增益DAC相當?shù)木_增益（調(diào)整后）和低溫漂移。

圖4a和4b顯示了如何將力/檢測DAC的輸出運算放大器配置為跨阻放大器。在這兩個例子中，光電二極管的電流輸出由跨阻放大器轉(zhuǎn)換為電壓。在第一種情況下，使用單個MAX5304 DAC來克服自身的失調(diào)電壓，并保證接地光電二極管上的輕微反向偏置。第二種是雙路MAX5156/57 DAC，用于在基準電壓以下的任何電壓電平下對光電二極管進行反向甚至零偏置。需要注意的是，現(xiàn)有的Maxim力/檢測DAC在FB引腳（輸出運算放大器反相輸入）上的最大輸入偏置電流為100nA。對于某些光電二極管應(yīng)用來說，該電流可能過高，可能需要具有較低輸入偏置電流的外部運算放大器（如MAX4162），直到具有較低輸入偏置電流的力/檢測DAC可用。跨阻放大器拓撲的另一個注意事項是確認運算放大器是穩(wěn)定的，尤其是在反相輸入端有容性負載的情況下。

圖4.光電二極管和跨阻放大器的偏置電壓控制：（a） 使用單 DAC 進行接地反向偏置，（b） 使用雙 DAC 進行電平偏移零或反向偏置。

另一種跨阻應(yīng)用如圖5所示。在本例中，DAC為電化學傳感器提供直流電壓偏置，傳感器的輸出電流由DAC的跨阻放大器轉(zhuǎn)換為電壓。電化學（或更一般的伏安）傳感器通常用于醫(yī)療應(yīng)用，力/檢測DAC是自然選擇。

圖5.電化學傳感器的電壓偏置控制。

力/檢測DAC也可以使用圖6所示的拓撲配置為數(shù)字可編程電流源（實際上是灌電流）。假設(shè)DAC輸出有足夠的裕量來驅(qū)動NPN BJT的~0.7V基極-發(fā)射極電壓，反饋將使電阻兩端的電壓（及其電流）保持在無緩沖的R-2R梯形輸出電壓（VR2R).由于BJT的有限beta，BJT集電極的輸出電流將略低于編程電阻電流。在某些應(yīng)用中，這可能需要校準輸出電流。一種補救措施是使用 MOSFET 代替 BJT，因為它的漏極電流幾乎等于其在直流或低頻時的源電流。

該電路的常見用途包括工業(yè)控制應(yīng)用中的通用電流源、精密LED驅(qū)動電流和4-20mA電流環(huán)路。

圖6.數(shù)字可編程電流源。

通過使用開爾文檢測，即使DAC輸出和負載之間的串聯(lián)阻抗相對較高，力/檢測DAC也能夠在負載上提供所需的電壓。同樣，這假設(shè)DAC輸出有足夠的裕量來驅(qū)動串聯(lián)和負載阻抗形成的分壓器。用戶應(yīng)確認輸出運算放大器對于反饋環(huán)路中的所有預(yù)期阻抗值都是穩(wěn)定的。

圖7.負載時帶開爾文感測的驅(qū)動信號。

現(xiàn)在有幾種產(chǎn)品使用分立二極管或晶體管P-N結(jié)進行遠程溫度檢測。這些器件使用 2（或更多）電流的比值以及二極管方程來確定以開爾文為單位的溫度。

圖8所示為簡單的電路拓撲結(jié)構(gòu)，MAX5302 DAC用于驅(qū)動連接成二極管的晶體管。電流（1023 個可能值）由接地電阻兩端的 DAC 輸出電壓 （VR/R）以及由此產(chǎn)生的正向偏置P-N結(jié)電壓（VD）采用MAX1408 ADC進行差分測量。這種拓撲結(jié)構(gòu)很方便，因為使用相同的電阻來設(shè)置兩個電流，并且電流比大約是DAC碼字的比率。例如，DAC代碼1000（十進制）和500（十進制）產(chǎn)生2：1的電流比，可直接用于二極管方程計算。會有一些DAC誤差項，如失調(diào)、INL和增益，影響比率，但這些誤差相對較小。如果需要更高的精度，可以使用ADC測量強制電阻電壓（VR） 在每個 DAC 代碼中。應(yīng)注意該電路，以確保運算放大器的穩(wěn)定性，特別是對于具有長引線和大寄生效應(yīng)的遠距離P-N結(jié)。

圖8.用于溫度檢測的二極管電流驅(qū)動。

圖9所示的最終應(yīng)用電路是MAX5352/53力/檢測DAC，帶有發(fā)射極跟隨器BJT級，用于增加輸出電流驅(qū)動。此拓撲類似于圖6所示的電流源，不同之處在于集電極連接到V抄送（共集電極），輸出是發(fā)射極的電壓，而不是集電極上的電流。與以前的許多電路一樣，一個關(guān)鍵要求是DAC輸出有足夠的裕量來驅(qū)動BJT的基極-發(fā)射極結(jié)~0.7V高于最大輸出電壓。

圖9.通過發(fā)射極-跟隨器驅(qū)動增加DAC輸出電流。

審核編輯：郭婷