電源工程師設計札記:輕松完成電源設計

　　AD5791 1 ppm DAC

　　半導體處理技術、DAC架構設計和快速片內校準技術的發展使穩定、建立時間短的高線性度數模轉換器成為可能。這種轉換器可提供高優于1 ppm的相對精度、0.05 ppm/°C溫度漂移、0.1 ppm p-p噪聲、優于1 ppm的長期穩定性和1MHz吞吐量。這類小型單芯片器件保證性能規格，無需校準且簡單易用。AD5791及其配套基準電壓源和輸出緩沖的典型功能框圖如圖1所示。

　　圖1. AD5791典型工作框圖。

　　AD5791是一款單芯片、20 位、電壓輸出數模轉換器，具有額定的1 LSB（最低有效位）積分非線性度（INL）和微分非線性度（DNL），是業界首款單芯片1 ppm 精度的數模轉換器（1 LSB@20位為220分之一 =1，048，576分之一 = 1 ppm）。該器件設計用于高精密儀器儀表以及測試和計量系統，與其他解決方案相比，其整體性能有較大提升，具有更高的精度、體積更小、成本更低，使以前不具經濟可行性的儀器儀表應用成為可能。

　　其設計（如圖2所示）采用精密電壓模式R-2R架構，利用了最新的薄膜電阻匹配技術，并通過片內校準例程來實現1 ppm精度。由于AD5791采用工廠校準模式，因而運行時無需校準程序，其延遲不超過100 ns，可用于波形生成應用及快速控制環路。

　　圖2. DAC梯形結構。

　　AD5791不但提供出色的線性度，而且可具有9 nV/√Hz噪聲密度、0.1 Hz至10 Hz頻帶內0.6 μV峰峰值噪聲、0.05 ppm/°C溫度漂移，且其1000小時長期穩定性優于0.1 ppm。

　　作為一種高電壓器件，采用雙電源供電，最高±16.5 V。輸出電壓范圍由正負基準電壓VREFP和VREFN決定，提供了靈活的輸出范圍選擇。

　　AD5791所用精密架構要求使用高性能外置放大器來緩沖來自3.4 k? DAC電阻的基準源，為基準輸入引腳的加載感應提供方便，以確保AD5791的1 ppm線性度。AD5791需要一個輸出緩沖來驅動負載，以減輕3.4 k?輸出阻抗的負擔——除非驅動的是一個極高阻抗、低電容負載——或者衰減處于容限之內并可預測。

　　由于放大器為外置型，可根據噪聲、溫度漂移和速度的優化需要進行選擇——并可調整比例因子——具體視應用需要而定。對于基準緩沖，建議采用AD8676 雙通道放大器，其具有低噪聲、低失調誤差、低失調誤差漂移和低輸入偏置電流的特點。基準緩沖的輸入偏置電流特性非常重要，因為過大的偏置電流會降低直流線性度。積分非線性度的降低（單位：ppm）為輸入偏置電流的函數，一般表示為：

　　其中，IBIAS 單位為 nA；VREFP和VREFN的單位均為伏特。例如，對于±10 V的基準輸入范圍，100 nA的輸入偏置電流將使INL提高0.05 ppm。