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电赛资料:基于TI器件的电子竞赛常用模拟系统设计与实践— 高速DAC模块设计 [复制链接]

 高速DAC模块设计

      高速DAC模块包括D/A输出和信号调理两部分电路。大多被控对象是电压控制型,而大多数高速D/A芯片为电流型输出,因此需要调理之后输出。D/A芯片采用的是TI公司的10位、单通道、165MSPS输出更新速率、具有片内基准、高SFDR(100MSPS速率输出5MHz信号可达68dB)的高速数模转换器DAC900E芯片。信号调理电路采用是TI公司的宽带、具有电压限制功能的运算放大器OPA690。


      DAC900E采用单一电源供电,工作电源范围为2.7V~5.5V;毛刺低:3pV-s;独立的输出电流可达20mA(输出阻抗可达200kΩ)。鉴于其出色的动态性能,特别适合于高速的数据模拟转换系统中。DAC900E内部自带基准,为保证输出电压的精度,采用其内部基准(内部自带的基准电压为1.24V),但也可以外接基准源。DAC900E的内部结构框图如图1所示,SO/TSSOP封装的引脚如图2所示,引脚功能如表1所列。当采用单端方式输入信号时,DAC900E输出模拟量和数字量的对应关系如表2所列。

 

image.png  

图1  DAC900E的内部结构框图

183542apguo1gg8vpsovoo.png

 

图2  DAC900E的引脚图

 

表1  DAC900E的引脚及功能表

image.png  

 

表2  DAC900E输出模拟量和数字量的对应关系

image.png  
      高速DAC模块电路如图3所示。DAC900E的电压基准可选,可以采用其内部基准;也可以外接基准源,通过J1进行选择(接低电平时选择内部基准源,接高电平时使用外部基准源),外部基准电压由J2输入;电压基准端口Vref(简称VR)并接10μF钽电容和0.1μF瓷片电容旁路到AGND,以保证获得稳定的基准电压。

 

DAC900的数字端口和控制器(比如FPGA)的连接部分串接了限流电阻,防止信号出现振铃现象。每个芯片电源引脚附近都有添加旁路电容,再次滤除电源噪声,减小输出波形的噪声。

image.png  

图3  高速DAC模块电路


      DAC900E模拟输出为高阻的差分电流信号,即互补的输出电流, image.png    ,需要通过外部的电流-电压转换电路将差分电流转换为单端电压输出,图中用OPA690高速运放芯片实现。为了便于后级信号处理,通过电阻 R3、R6电阻将电流转换为电压信号。放大电路由差分电路组成,差分电路将DAC输出的差分信号转换成单端输出信号。


满量程输出IOUTFS的值由FSA引脚串接的电阻R2确定,其关系为

image.png  

      由数据手册知IOUTFS的最大值为20mA,最小值为2mA,在此选择最大值20mA。为了得到20mA的输出电流,则R2为

image.png  

      即当R2为2kΩ时,可以得到20mA的满量程输出。


      取R3=28.7Ω、R6=26.1Ω,则OPA690的同相输入电压u+为

image.png  

      反相输入电压u-为 image.png  

      差分电路不做放大,只将两路输出的互补电流信号转换为电压信号,在此取R5= R4=1kΩ, R8= R7=1kΩ。则其放大倍数AV为 image.png  

      则DAC模块最终输出电压uO为

image.png  

      其中,IOUT的变化范围为0~IOUTFS。当IOUT=0(即DAC数字量输出全0)时,输出电压uO+为

image.png  

      当IOUT=IOUTFS(即DAC数字量输出全1)时,输出电压uO-为

image.png  

      所以,输出电压的峰峰值VPP为 image.png  

      根据DAC900E的数据手册可知外部参考电压VR范围为0.1V至1.25V。当VR=0.1V时,输出电压VPP_min为

image.png  

      当VR=1.25V时,输出电压VPP_max为

 

      即DAC900E输出幅度调节范围为87.68mV到1096mV。

image.png  

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