利用16位电压输出DAC AD5542A/AD5541A实现高精度电平设置

电路功能与优势

利用电压输出DAC实现真正的16位性能不仅要求选择适当的DAC，而且要求选择适当的配套支持器件。针对精密16位数模转换应用，本电路使用AD5542A/AD5541A电压输出DAC、ADR421基准电压源以及用作基准电压缓冲的AD8675超低失调运算放大器，提供了一款低风险解决方案。

基准电压缓冲对于设计至关重要，开环增益高达120 dB的AD8675已经过验证和测试，符合本电路关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。需要时，精密、低失调OP1177可以用作可选的输出缓冲器。

这一器件组合可以提供业界领先的16位分辨率、±1 LSB积分非线性(INL)和±1 LSB微分非线性(DNL)，确保单调性，并且有功耗、小PCB和高性价比等特性。

室温下，此电路的实测零电平误差和增益误差分别为±0.7 LSB和±2 LSB。在整个温度范围内(-40℃～+85℃)，零电平误差为±1.5 LSB，增益误差为±3 LSB。这些测量结果从AD5542A的VOUT直接获得，没有连接输出缓冲器。

本电路采用电压输出DAC AD5542A，提供真16位INL和DNL。AD5541A/AD5542A的DAC架构为分段R-2R电压模式DAC。采用这种配置，输出阻抗与码无关，而基准电压源的输入阻抗与码高度相关。因此，基准电压缓冲选择对于码相关基准电流的处理非常重要，如果DAC基准电压缓冲不充分，可能导致线性误差。基准电压电路中的失调误差会引起DAC输出端产生增益误差。

本电路采用驱动/检测配置(开尔文检测)的AD8675运算放大器作为AD5542A的低阻抗输出基准电压缓冲。AD8675具有120 dB的开环增益，是一款精密的36 V、2.8 nV/Hz运算放大器。其典型失调电压为10 μV，典型温漂小于0.2 μV/°C，噪声为0.1 μV峰峰值(0 Hz～10 Hz)，因而AD8675特别适合需要最小误差源的应用。

AD5542A有两种工作模式:缓冲模式和非缓冲模式。本电路所用的可选输出放大器为高精度OP1177。DAC的输出阻抗恒定(典型值6.25 kΩ)，且与码无关，但为了将增益误差降至最小，输出放大器的输入阻抗应尽可能高。输出放大器还应具有1 MHz或更高的3 dB带宽。输出放大器给系统增加了另一个时间常数，因此会延长输出的建立时间。运算放大器的带宽越宽，则DAC与放大器组合的有效建立时间越短。

图1所示器件组合实现了最小PCB面积。AD5542A采用3 mm×3 mm、16引脚LFCSP或16引脚TSSOP封装。AD5541A采用3 mm×3 mm、10引脚LFCSP或10引脚MSOP封装。AD5541A不包含基准电压和地上的开尔文检测线路、清零功能以及RFB和RINV电阻。AD8675和ADR421采用8引脚MSOP或SOIC封装，OP1177采用8引脚MSOP封装。可选输出运算放大器为采用单位增益配置的OP1177，它包括一个与反相输入端串联的6.19 kΩ电阻。此电阻用于抵消偏置电流，并与AD5542A的输出电阻相匹配，后者约为6.25 kΩ±20%。

测量结果表明，AD5542A/AD5541A是高精度、低噪声电平设置应用的理想选择。在这一高精度、高性能系统中，通过基准电压源ADR421和基准电压缓冲AD8675保持直流性能水平。测量直接在VOUT上进行，没有连接可选的输出缓冲器。

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