一種基于DAC來生成差分波形控制功能的電路
出處:EDN China 發(fā)布于:2011-07-02 10:23:39
DAC格式是英文Digital Audio Compress的簡稱,是北京豪杰縱橫網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司(以超級解霸的成功開發(fā)而聞名),憑借自己多年積累的音頻編碼技術(shù),獨(dú)創(chuàng)自然聲學(xué)模型,開發(fā)出的級音頻壓縮格式,超高音質(zhì),并且具有很好的定位能力。傳統(tǒng)的音頻壓縮技術(shù),基于人耳聽覺模型,這種理論的依據(jù)是在一定的頻率附近,大聲音壓過小聲音,從而可以刪去小聲音;如一聲巨響會讓你聽不到其他聲音。事實(shí)上,人聽不到小的聲音,但可以分辨出這個小的聲音,細(xì)聽還是有的。所以DAC創(chuàng)造了自己的自然聲學(xué)模型,保證了所有聲音的分辨感覺。 DAC格式具有以下特點(diǎn):支持AC-3、DTS同別的高質(zhì)量音頻壓縮算法;支持頻率從22K-1M;支持通道數(shù)從1-32通道,包括5.1和7.1;支持16位到32位;每通道獨(dú)立編碼,無干擾、串?dāng)_問題;每通道位率為75、100、120、150Kbps等等。
高速 DAC,比如模擬器件(Analog Devices)公司的 AD9776/78/79 TxDAC 系列,能提供差分輸出,但對于低端交流電應(yīng)用或高電平設(shè)置應(yīng)用,配備差分轉(zhuǎn)換電路的單端電流輸出 DAC 提供了一種新穎的方法來生成差分波形控制功能。圖 1 中的基本電路組合了電流輸出 DA和一個單端至差分運(yùn)算放大級IC2、IC3A、IC3B——來產(chǎn)生要求的輸出。對于雙電源應(yīng)用,可選擇 DAC 的單極工作模式來達(dá)到 DAC 的性能。DAC 利用單一運(yùn)算放大器提供了雙象限倍增或單極輸出電壓擺動。DAC 的輸出需要緩沖器,這是因?yàn)閷κ┘拥?DAC 輸入端的代碼進(jìn)行改變,就會改變它的輸出阻抗。

以下公式定義了電路的輸出電壓:VOUT=-VREF×(D/2N),其中 N 定義了輸入位數(shù),VREF 是基準(zhǔn)電壓,D 是二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等價值。為了生成正共模電壓,可把負(fù)電壓用作 DAC 的基準(zhǔn)電壓。DAC 的內(nèi)部設(shè)計可容納 -10 V ~ +10V 的交流電基準(zhǔn)輸入信號。在這種模式中,當(dāng)您依靠一個 5V 電源對DAC 供電時,它為四分之一滿刻度代碼變化提供 5Msps 更新速率。只有當(dāng)您的應(yīng)用需要可調(diào)增益時,才使用電阻器 R1 和 R2。
運(yùn)算放大器(簡稱"運(yùn)放")是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中,通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機(jī)中,用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算,故得名"運(yùn)算放大器".運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實(shí)現(xiàn),也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多,廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)。
單端至差分級由兩個交叉耦合運(yùn)算放大器組成,電阻器 R5 和 R6 配置成一個單位增益跟隨器。為了實(shí)現(xiàn)對稱電路,各輸出還作為單位增益反相器通過 R7 和 R8 互相驅(qū)動。向運(yùn)算放大器 IC2 的正端子施加的電壓設(shè)定了電路的共模電壓。電阻器 R3 和 R4 控制著差分電壓的大小。請注意應(yīng)用的輸出負(fù)載要求以及運(yùn)算放大器的輸入電壓和輸出電壓能力。
對于單電源應(yīng)用,可在反向模式中使用電流輸出 DAC,其中,把基準(zhǔn)電壓 VIN 施加到 DAC的IOUT1引腳,并從 DAC 的 VREF 端獲得輸出電壓(圖2)。在這種配置中,正基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生正輸出電壓。該電路不使用 DAC 的反饋電阻器 RFB,并且它與 IOUT1 之間的連接防止了雜散電容效應(yīng)。DAC 的基準(zhǔn)輸入有一個阻抗,該阻抗隨施加的代碼而變化,因此需要一個低阻抗源。

請注意:DAC梯型電路中的各開關(guān)不再具有相同的源極至漏極驅(qū)動電壓,這又把輸入電壓限制在低電壓。結(jié)果,各開關(guān)的接通電阻各有不同,并降低了DAC的線性度。另外,該模式還把更新速率限制在1.5Msps。您可以使用雙運(yùn)算放大器的若干部分來緩沖 DAC 的輸入,并放大 DAC 的輸出電壓(圖 3)。該電路的預(yù)定應(yīng)用決定了您對配套放大器的選擇。對于低速的精密應(yīng)用,運(yùn)算放大器需要很低的輸入偏置電流和輸入偏移電壓,以避免 DAC 的 DNL(差分非線性)性能的惡化。例如,AD8628 在室溫和5mV輸入偏移電壓下提供 100pA偏置電流。運(yùn)算放大器的低頻噪聲在精密電平設(shè)置應(yīng)用中很重要,而AD8628規(guī)定的0.1 Hz ~ 10Hz噪聲低于 0.5mV p-p。它的滿擺幅輸入和輸出使它非常適用于單電源電路。

對于高速系統(tǒng)應(yīng)用,運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換率不得主導(dǎo) DAC 的轉(zhuǎn)換率。運(yùn)算放大器的帶寬必須寬到足以驅(qū)動反饋負(fù)載,并且不得限制電路的總帶寬,而 DAC的輸出電壓穩(wěn)定時間應(yīng)該決定電路的更新速率。圖1和圖2中的AD8042提供170MHz 帶寬和 225V/ms轉(zhuǎn)換率,使它很容易實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果。其它高速運(yùn)算放大器,如 AD8022、AD8023、AD8066,在本應(yīng)用中也工作得很好。
DAC 只消耗 0.4mA 電源電流,因此運(yùn)算放大器主導(dǎo)著電路的功耗。為了盡量縮小電路在 印制電路板上的占位面積,您可用單一 AD8044 四芯運(yùn)算放大器來代替圖 2 中的所有四個運(yùn)算放大器。在 1.4V 共模電壓和 0.6V 差分信號下,數(shù)字化 8 點(diǎn)正弦波的單端至差分轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了差分輸出(圖 3)。
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