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简介
一切数模转化器（DAC）都供给与数字设置增益和所施加基准 电压之积成份额的输出。乘法DAC与固定基准电压DAC不 同，由于它能够将高分辨率数字设置增益运用施加到可变带宽 模仿信号上。本文将评论电阻梯乘法DAC及其对沟通信号处 理运用的适用性。
基本原理
从1974, 年ADI公司推出世界首款（10 位）CMOS IC乘法DAC 以来，ADI公司就一直是乘法DAC规划与出产的领先者。它们 选用一个具有恰当带宽的放大器，运用一个切换式R-2R梯和 一个片内反应电阻完成了调整沟通增益或可变直流基准电压 输入信号增益的简略办法，然后用DAC替代了典型反相运算 放大器级的输入和反应电阻（图 1）。数字调整电阻梯和片内 反应电阻一同，供给与数字输入成份额的增益(D/2n)使RDAC 起 到了可变输入电阻的效果。
乘法DAC的商场发展迅速，历经数代更新，产品的分辨率、 精度和速度有了大幅进步，添加了各种数字存储功用、串行通 信选项，尺度和本钱大大下降而且每个芯片上还能够装备额定的DAC。最新一代的乘法DAC供给抱负的构建模块，用于控 制可变直流或快速沟通电压信号的增益。
电阻（R-2R）梯用于运算放大器反应电路，供给数字控制电流， 电流经 RFB转化成输出电压。放大器以低阻抗供给此输出。基 准电压输入具有安稳的对地电阻R。图 2 显现了该作业原理。 图 2a中，源电流VREF/R, 转化成输出电压。放大器以低阻抗供给此输出。基 准电压输入具有安稳的对地电阻R。图 2 显现了该作业原理。 图 2a中，源电流 IOUT1, 或扶引至地（一般称 IOUT2).同理，剩下电流的一半由开关S2 扶引……如此类推。假如开关由一个 数字字D（S1 是MSB）激活，则流经RFB (=R)的IOUT1端电流之 和为 D × 2–n × VREF/R. 此装备的重要优势包含：可最大程度地 下降瞬态，由于开关在地和虚地之间切换；RFB 与梯形电阻片内匹配，具有超卓的温度盯梢功用。
数字字D给出的数值规模取决于所用的器材。ADI公司的部 分AD545x/AD554x系列乘法DAC的D值规模（榜首象限）如下：
| 8-bit AD5450 | 0 至 255 |
| 10-bit AD5451 | 0至 1,023 |
| 12-bit AD5452 | 0至 4,095 |
| 14-bit AD5453 | 0 至 16,383 |
| 16-bit AD554 | 3 0至 65,535 |
进步增益
关于输出电压有必要大于VIN的运用，可经过在DAC级后边添加外部放大器来进步增益；或许只需经过衰减反应电压在单级中完成，如图 3 所示。所示近似值对R2||R3<<RFB. R2 和R3应具有类似的温度系数，但假如R2||R3 与RFB比较较小，则其无需与DAC的温度系数相匹配。
正输出
要发生正电压输出，能够运用一个外部反相运算放大器电路来 别的回转输入或输出。 一些乘法DAC内置非专用匹配电阻（具 有盯梢温度系数），因而只需额定衔接一个运算放大器（图 4 中的 A2）即可取得正输出，这个额定的运算放大器能够是一 个双通道器材内的配套运算放大器。
假如要求差分输出，则需求两个额定的运算放大器。请拜访 www.analog.com/CN-0143Circuits from the Lab® CN-0143检查完好的具体信息。
安稳性问题
图 2 和图 3 中显现的一个重要元件是补偿电容 (C1). 电阻梯的输出电容加上放大器的输入电容及任何杂散电容，会在开环呼应中发生极点——这会在环路闭合时引起振铃或不安稳。为了补偿这一点，一般与DAC的内部RFB并联衔接一个外部反应电容 C1。假如C1值过小， 会在输出端发生过冲或振铃，而值过大 则会过火下降体系带宽。DAC的内部输出电容随码而改变，因而C1很难确认准确值。依据以下等式可计算出其最佳近似 值：
其间GBW是运算放大器的最小信号单位增益带宽乘积，CO 是 DAC的输出电容。
信号调度的要害 M-DAC标准
乘法带宽：增益为–3 dB时的基准电压输入频率。关于给定器材，它与起伏和挑选的补偿电容呈函数联系。图 6 所示为能够使最高12 MHz的信号相乘的电流输出DAC AD5544、AD5554或AD545x的乘法带宽坐标图。配套的低功耗运算放大器 AD8038具有350 MHz带宽， 可保证该运算放大器在此规模内不会引起显着的动态差错。
模仿总谐波失真（THD）：乘法波形信号中谐波成分的数学表达。 它近似等于DAC输出的前四个谐波 (V2, V3, V4, 和 V5)之均方根 和与基波值V1（如图7所示）的对数比，计算公式如下：
乘法馈通差错：DAC的数字输入悉数为0时，由基准电压输入至DAC输出的容性馈通所造成的的差错。抱负情况下，一直到最低有用位DB0，每下降一位，增益便下降6 dB（图 8）。 不过，关于较低的位，容性馈通影响增益的频率更高。这一点 从较低位尾部上翘的平整曲线能够看出。例如，14位DAC的DB2处，一切频率的抱负增益应为–72 dB，但由于馈通效应，1MHz时的实践增益为–66 dB。
挑选正确的运算放大器
乘法DAC电路功用十分依赖于所选运算放大器的才能，然后 在电阻梯输出端坚持零电压，并完成电流电压转化。要完成最 佳的直流精度，重要的是要挑选具有低失调电压和偏置电流的运算放大器，以坚持差错与DAC的分辨率适当。具体的运算 放大器技能标准拜见器材数据手册。
关于基准电压输入为较高速信号的运用，需求一个带宽较宽、 压摆率较高的运算放大器，避免削弱信号。一个运算放大器电路的增益-带宽受反应网络的阻抗水平缓增益装备约束。要确认所需的GBW，一种可行的方法是挑选–3 dB带宽（10 倍于基准信号频率）的运算放大器。
有必要考虑运算放大器的压摆率标准，以约束高频大信号的失真。关于AD54xx和AD55xx系列，压摆率为100 V/µs的运算放大器一般就够了。
表 1 列出了可供乘法运用挑选的运算放大器。
| 产品型号 | 电源电压 (V) | BW (–3-dB) (MHz) | 压摆率 (V/µs) | 最大VOS (µV) | 最大IB (nA) | 封装 |
| AD8065 | 5 至 24 | 145 | 180 | 1500 | 0.006 | SOIC-8, SOT-23-5 |
| AD8066 | 5 至 24 | 145 | 180 | 1500 | 0.006 | SOIC-8, MSOP-8 |
| AD8021 | 5 至 24 | 490 | 120 | 1000 | 10,500 | SOIC-8, MSOP-8 |
| AD8038 | 3 至 12 | 350 | 425 | 3000 | 750 | SOIC-8, SC70-5 |
| ADA4899 | 5 至 12 | 600 | 310 | 35 | 100 | LFCSP-8, SOIC-8 |
| AD8057 | 3 至 12 | 325 | 1000 | 5000 | 500 | SOT-23-5, SOIC-8 |
| AD8058 | 3 至 12 | 325 | 850 | 5000 | 500 | SOIC-8, MSOP-8 |
| AD8061 | 2.7 至 8 | 320 | 650 | 6000 | 350 | SOT-23-5, SOIC-8 |
| AD8062 | 2.7 至 8 | 320 | 650 | 6000 | 350 | SOIC-8, MSOP-8 |
| AD9631 | ±3 至 ±6 | 320 | 1300 | 10,000 | 7000 | SOIC-8, PDIP-8 |
查找合适的 DAC
欲了解能够检查M-DAC的数模转化器产品选型表，请拜访 www.analog.com/en/digital-to-analog-converters/da-converters/products/index.html.
定论
自首款CMOS M-DAC面世以来的近40年间，相关器材不断更新换代，许多新的功用特性层出不穷，功用继续进步，本钱和尺度则大幅减缩。咱们的高分辨率、14位/16位电流输出DAC产品系列AD55xx的最新功用改善包含：
- 积分非线性（INL）功用进步，±1 LSB
- 模仿THD和乘法馈通下降——乘法带宽添加
- 数字信号THD下降；可变基准电压（直流）运用的中心电平突波和数字馈通下降。
进一步阅览
- Kester, Walt, The Data Conversion Handbook (2005) Newnes (Elsevier).
