如何利用乘法DAC和運算放大器提供可編程增益

電路功能與優勢

本電路利用乘法DAC和運算放大器提供可編程增益功能。最大增益值和溫度系數由外部電阻設置，可編程增益的分辨率由DAC的分辨率設置。

圖1：采用電流輸出DAC的可編程增益電路（原理示意圖）

電路描述

圖1所示電路就是推薦用來提高電路增益的方法。R1、R2和R3應具有相似的溫度系數，但不必與DAC的溫度系數相匹配。在要求增益大于1的電路中，推薦使用這種方法。增益為：

VOUT = ?Gain × VIN × （D/2N）

其中D為載入DAC數字字的小數表示，n為位數： D = 0 to 255 （8位 AD5426）; D = 0 to 1023 （10位 AD5432）; and D = 0 to 4095 （12位 AD5443）。該電路的主要優勢就是能夠解決增益溫度系數誤差問題。外部電阻的溫度系數需要匹配，但不必與DAC梯形電阻的溫度系數相匹配。

之所以需要電阻R1，是因為R1加上DAC的輸入阻抗必須等于總反饋電阻，即RFB + R2||R3。DAC的輸入阻抗為RFB，因此

R1 + RFB = RFB + R2||R3

R1 = R2||R3

R1和R2的值必須適當選擇，這樣對于給定的電源電壓，輸出電壓才不會超過運算放大器的輸出范圍。另外還應注意，運算放大器的偏置電流乘以總反饋電阻（RFB + R2||R3），即可產生相應的失調電壓。因此，R1和R2的值不能太大，否則將對總輸出失調電壓產生顯著影響。

運算放大器的輸入失調電壓要乘以電路的可變增益（由于存在DAC的代碼相關輸出阻抗）。由于放大器的輸入電壓出現失調，因而兩個相鄰數字小數之間的噪聲增益變化會使輸出電壓產生步進變化。此輸出電壓變化與兩個代碼間所需的輸出變化相疊加，引起差分線性誤差；如果該誤差足夠大，可能會導致DAC非單調。AD8065 借助其低輸入失調電壓和低偏置電流特性可解決這一問題。

常見變化

OP1177 是另一款適合該電流電壓轉換電路的優秀運算放大器，它同樣具有低失調電壓和超低偏置電流特性。至于基準電壓的選擇，輸入電壓會受所選運算放大器的軌到軌電壓限制，增益則同樣由電阻R2和R3設置。