运算放大器如何通过增加电压基准来转换单极性DAC以提供双极性工作

本应用笔记探讨了如何从通用单电源单极性数模转换器（DAC）产生高压，高电流，高性能双极性输出。在这种情况下，模拟IC的行业趋势趋向于单电源数模转换器（DAC），本文说明了外部运算放大器如何通过增加电压基准来转换单极性DAC以提供双极性工作。和所需的电阻器。

走非常规路线

“上下楼梯”一词来自同名电影，戏剧和书籍。这是一部以纽约市一所学校为基础的喜剧。标题使人想起了一条规则，即惩罚学生走上预留下来的楼梯的惩罚。对于年轻人来说，爬楼梯或下降的自动扶梯总是一个很大的诱惑。有人可能会说孩子在“跳出框框思考”或违反规矩，也许他是。显然，他正在挑战常规流程中的预期或强制流程。他还展示了如何通过非常规的路线大胆地实现目标。这里给我们的工程师们上了一课。

有时，当我们设计模拟电路时，设计“元素”只是不想放在一起。该解决方案似乎异常难以捉摸。例如，当我们需要单极性DAC的双极性输出时。当今行业的趋势是朝着更小，更低功耗和更高性能的设备发展，这在解决解决方案问题时非常出色。但是，同样的低压单极性DAC无法直接在高性能，高压，大电流或双极性应用中运行。任何其他电路都不得降低DAC的性能。在这种情况下，是时候上自动扶梯，尝试一些不同的事情了。我们向您展示了如何通过添加高压运算放大器来从单极性DAC产生双极性输出。

修改“理想的”单极性DAC

下面显示了一个简单的双极性输出电路。它包含一个单极性DAC，一个精密基准电压源和一个精密运算放大器。

典型的双极性输出工作电路。

该电路的输出功能可以通过对理想运算放大器进行两个常见假设得出：

输入运算放大器电流为0。

在稳定条件下，V +输入等于V-输入。

根据基尔霍夫（Kirchhoff）的当前定律，V节点的等式为：



实际上，我们已经推导了一个差分放大器的方程，其中第一个元素是同相输入，第二个元素是反相分量，每个都有其增益。



针对实际应用优化“理想” DAC

如我们所见，转换理想的单极性DAC很容易。但是，我们生活在没有理想的现实世界中。图1中的每个组件都有其自己的精度水平，这共同有助于DAC的最终输出精度。必须对每个系统进行特性分析和校准，以达到应用要求的精度。因此，即使您可能选择高精度的16位DAC，也应特别注意选择适当的电压基准，放大器和反馈电阻。哪个成分是最不准确的因素？哪些参数对双极性应用最关键？这些既不是简单的问题，也不是琐碎的问题。经验不足的工程师可能会惊讶地发现，即使是简单的电阻器也可能对该设计修改非常关键。

使非常规实用—所需的双极性DAC

单极性，16位，无缓冲DAC可以通过添加外部精密运算放大器来执行双极性操作。这种配置的两个例子是16位MAX542和MAX5442 DAC，它们使用集成的0.015％（最大）匹配缩放电阻RFB和RINV，以实现简单的双极性输出摆幅（图2）。

这些16位DAC使用外部运算放大器来提供双极性输出。

这些DAC的使用消除了输出缓冲器的重复，节省了PCB面积，并为我们的客户提供了易于使用且具有成本效益的解决方案。