簡介
    本應(yīng)用筆記探討了如何從通用單電源單極數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 生成高電壓、高電流、高性能雙極輸出。在模擬 IC 行業(yè)趨勢轉(zhuǎn)向單電源數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 的情況下，本文闡述了外部運算放大器如何將單極性 DAC 轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^添加電壓基準來提供雙極性操作以及所需的電阻器。
    走非傳統(tǒng)路線
    “上樓梯”一詞來自同名電影、戲劇和書籍。這是一部以紐約市一所學校為背景的喜劇。標題讓人想起一條懲罰學生爬上預留下來的樓梯的規(guī)則。對于年輕人來說，跑上樓梯或下降的自動扶梯總是一個巨大的誘惑。有人可能會說孩子“跳出了框框思考”或違反了規(guī)則，也許他就是這樣。顯然，他正在挑戰(zhàn)預期或強制的流程、普遍的思維。他還展示了如何通過一些大膽的嘗試，通過非常規(guī)的途徑實現(xiàn)目標。這對我們工程師來說是一個教訓。
    有時，當我們設(shè)計模擬電路時，設(shè)計“元素”只是不想組合在一起。解決方案似乎異常難以捉摸。一個示例情況是當我們需要單極性 DAC 的雙極性輸出時。當今行業(yè)的趨勢是向更小、更低功耗和更高性能的設(shè)備發(fā)展，這在解決解決方案問題時非常有用。然而，這種低電壓、單極 DAC 無法直接在高性能、高電壓、高電流或雙極應(yīng)用中運行。任何附加電路都不得降低 DAC 的性能。在這種情況下，是時候走上自動扶梯，嘗試不同的東西了。我們向您展示如何通過添加高壓運算放大器從單極 DAC 產(chǎn)生雙極輸出。
    修改“理想”單極性 DAC
    一個簡單的雙極性輸出電路如下所示。它包含一個單極 DAC、一個精密電壓基準和一個精密運算放大器。

    典型的雙極輸出工作電路。
    該電路的輸出功能可以通過對理想運算放大器做出兩個常見假設(shè)來得出：
    輸入運放電流為0。
    在穩(wěn)定條件下，V+ 輸入等于 V- 輸入。
    根據(jù)基爾霍夫電流定律，V 節(jié)點的方程為：
    乳膠！編碼：base64，XGZyYWN7Vl9SX0VfRi0oVi0pfXtSX0lfTl9WfSArXGZyYWN7Vl9PX1VfVC0gKFYtKX17Ul9GX0J9PTA=
    求解 VOUT 方程 1 并將 V- 替換為 VDAC：
    乳膠！編碼：base64，Vl9PX1VfVCA9IFZfRF9BX0MgXHRpbWVzICgxICsgXGZyYWN7Ul9GX0J9e1JfSV9OX1Z9KS0gVl9SX0VfRiBcdGltZXMgKFxmcmFje1JfRl9CfXtSX0lfTl9WfSk=
    事實上，我們已經(jīng)導出了差分放大器的方程，其中個元件是同相輸入，第二個元件是反相元件，每個元件都有各自的增益。
    由于 DAC 輸出  乳膠！編碼：base64，Vl9EX0FfQw==是輸入代碼和提供的參考電壓的函數(shù)，因此公式 2 可重寫為：

    針對實際應(yīng)用優(yōu)化“理想”DAC
    正如我們所見，轉(zhuǎn)換我們理想的單極 DAC 很容易。然而，我們生活在現(xiàn)實世界中，沒有什么是理想的。圖 1 中的每個組件都有自己的精度水平，這些精度水平共同影響 DAC 的終輸出精度。每個系統(tǒng)都必須根據(jù)應(yīng)用所需的精度進行表征和校準。因此，即使您可能選擇高精度 16 位 DAC，也應(yīng)特別注意選擇合適的電壓基準、放大器和反饋電阻。哪個組件對不準確的影響？哪些參數(shù)對于雙極應(yīng)用關(guān)鍵？這些問題既不簡單，也不微不足道。經(jīng)驗不足的工程師可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使是簡單的電阻器對于這種設(shè)計修改也至關(guān)重要。
    使非常規(guī)成為現(xiàn)實——所需的雙極 DAC
    單極、16 位、無緩沖 DAC 通過添加外部精密運算放大器即可執(zhí)行雙極操作。此類配置的兩個示例是 16 位 MAX542 和 MAX5442 DAC，它們使用集成的 0.015%（值）匹配定標電阻 RFB 和 RINV，可輕松實現(xiàn)雙極輸出擺幅（圖 2）。

   

    這些 16 位 DAC 使用外部運算放大器提供雙極輸出。
    使用這些 DAC 可以消除輸出緩沖器的重復，節(jié)省 PCB 空間，并為我們的客戶提供易于使用且經(jīng)濟高效的解決方案。