工業 DAC：3 線模擬輸出的演變

　　圖 1

　　圖 1 是 3 線模擬輸出模塊圖。該模塊使用雙通道 DAC8562 數模轉換器 (DAC) 驅動支持高電壓、36V OPA192 運算放大器的電壓與電流輸出級。

　　電流輸出是一個雙級、高側、電壓至電流轉換器。由放大器 A2、MOSFET Q2 和檢測電阻器 RB 組成的第二級電路可為負載提供輸出電流。A2 可在反相輸入節點上感測整個 RB 上的壓降，從而可通過負反饋調節輸出電流。這樣可確保其等于應用在非反相輸入端的電壓。

　　如果單獨使用該級，高側電源上的噪聲或其它開關瞬態將直接對輸出產生噪聲。這是因為在 A2 非反相輸入端的電壓不會與高側電壓成比例變化。

　　要避免這個問題，應在設計中加入第一級，創建可增強系統對高側電源噪聲抗擾度的電流反射鏡。第一級使用放大器 A1、MOSFET Q1 和電阻 RSET 創建電流汲極。

　　在本方框圖中，A1 采用負反饋驅動 Q1 的柵極。這樣可調節通過 Q1 的電流，使在 RSET 高側產生的電壓等于 A1 非反相輸入端的電壓。流過 RA 的電流在 A2 的非反相輸入端產生一個可驅動第二級電路的高側電源壓降。

　　電阻器 RA 和 RB 的比例可增大流過第一級中 RSET 的電流，使其成為提供給負載的電流輸出。由于流過第一級的所有電流都流向接地，而非負載，因此由 RA 和 RB 設置的增益可直接設定系統效率。

　　查看我們包括所有工作原理、組件選擇、穩定性指標、修改、PCB 布局以及測量結果的 TI Designs 驗證參考設計 (TIPD102)，深入了解如何設計這種電壓至電流轉換器。

　　與電流輸出相比，圖 1 所示設計的電壓輸出級要容易理解得多。本電路中的放大器 A3 采用修改的加法放大器配置。RFB 和 RG1 可為應用在非反相輸入端的 DAC 輸出提供增益。同時，RFB 和 RG2 使用 DAC 的參考電壓為輸出信號提供補償，而該信號則可通過 RFB 和 RG2 的比率進行縮放。

　　這種多功能電路可通過正確的電阻器值將大多數常見低電壓 DAC 輸出調節成 0-5V、0-10V、+/-5V 和 +/-10V 的常用工業電壓范圍。查看我們的工業電壓驅動器參考設計 (TIPD125)，了解更多詳情。

　　圖 2

　　上世紀 80 年代，德州儀器 (TI) 推出了一系列帶“XTR”前綴的器件。這些器件不僅高度集成實現電壓至電流轉換器所需的大部分組件，而且還可充分利用傳統低電壓 DAC 輸出生成各種電流輸出，因而簡化了高側電流輸出的設計。圖 2 是一個使用 XTR111 高精度電壓至電流轉換器/發送器的實例。

　　此外，我們的最新 DAC8760 系列也可簡化這些系統的設計。該系列高度集成電壓與電流輸出級以及 DAC 及參考，所有這些可實現極高的精確度與可靠性。

　　請務必查看我同事 Ian Williams 撰寫的關于工業領域瞬態與瞬態抗擾度標準的系列文章。在本系列的下篇文章中，我將介紹如何設計相應的保護電路，防止 3 線模擬輸出免受 Ian 所介紹的瞬態干擾。

　　相關知識內容：

• 　　在我的工業 DAC 系列上篇博客中了解模擬輸出與架構信息;
• 　　從 DAC 基礎知識博客系列中獲得更多關于如何使用高精度 DAC 開展設計的指導內容。
• 　　觀看視頻，了解如何使用 4~20mA DAC 設計適用于工業控制應用的模擬輸出。