Impedancia de salida del DAC de salida actual

La salida de una escalera R-2R de salida de corriente debe conectarse a una tierra virtual, como la entrada inversora de un opamp cuya entrada no inversora está conectada a tierra. Llame a la resistencia de retroalimentación R _F .

Puede pensar en el circuito en general como "amplificando" el V _REF fijo con una ganancia variable que es igual a

$$A = -\frac{R_F}{R_{OUT}}$$

y

$$V_{OUT} = -V_{REF}\frac{R_F}{R_{OUT}}$$

Lo sabemos

$$I_{OUT} = \frac{n}{2^N} \cdot \frac{V_{REF}}{R}$$

y

$$V_{OUT} = -R_F \cdot I_{OUT} = -R_F \cdot \frac{n}{2^N} \cdot \frac{V_{REF}}{R}$$

Es fácil igualar estas dos ecuaciones y resolver para R _OUT :

$$-V_{REF}\frac{R_F}{R_{OUT}} = -R_F \cdot \frac{n}{2^N} \cdot \frac{V_{REF}}{R}$$

$$R_{OUT} = R \frac{2^N}{n}$$

Cuando el código de entrada es todo ceros, ninguna de las patas R-2R está conectada al nodo de salida, por lo que R _OUT es infinito. Cuando el código de entrada es todos unos, R _OUT es casi igual a R.

Sin embargo, realmente no importa, ya que, como dijimos antes, este nodo de salida debe estar conectado a una tierra virtual, por lo que R _OUT está en paralelo con una impedancia que es efectivamente cero. Su valor real no tiene efecto en el resto del circuito.

Para usar un DAC R2R de salida de voltaje o un DAC R2R de salida de corriente correctamente , debe usarlo de tal manera que la impedancia de salida del DAC no importe .

Para el DAC de salida de voltaje, es lo mismo que le gustaría medir un voltaje dentro de un circuito. Desea utilizar una alta impedancia para medirlo. Entonces, a la salida del DAC de salida de voltaje, querrá conectar un amplificador de búfer de alta impedancia de entrada , por ejemplo:

Para el DAC de salida de corriente, es lo mismo que le gustaría medir una corriente en un circuito, quiere usar una impedancia lo más baja posible para que la corriente pueda fluir a través de una impedancia con la caída de voltaje más baja posible. Aquí desea utilizar un amplificador de entrada de corriente o un convertidor de corriente a voltaje . Eso puede ser un circuito tan simple como:

Este circuito tiene una impedancia de entrada de casi cero ohmios. Multiplica la corriente de entrada por el valor de Rf y eso aparecerá en la salida como un voltaje.

El truco con el uso de tales circuitos es que elimina la influencia de la impedancia de salida (cambio en) de la red R2R. De esa manera, puede olvidarse de esa impedancia de salida y ya no presenta ningún error .

Si no usa un DAC R2R como expliqué, la impedancia de salida importará y se introducirán errores .

Por lo general, puede obtener errores razonablemente pequeños si hace que la impedancia de carga del R2R DAC sea significativamente más alta (para salida de voltaje) o significativamente más baja (salida de corriente) que las resistencias utilizadas en la red. Entonces, si la red tiene resistencias de 100 kohm, para un voltaje R2R cárguelo con 10 M ohm. Para una salida de corriente, cárguela con 1 k ohm (por lo tanto, un factor 100 más grande/más pequeño).

¡Pero las soluciones opamp son más precisas!

Creo que debería ampliar lo que dijo Fake Mustache sobre el diseño de baja frecuencia / CC para DAC:

Por lo general, no prefiere la etapa de salida opamp. Esto se vuelve cada vez más importante con el ancho de banda de la señal que desea generar.

Por ejemplo, vea el esquema (p.1) de este periférico de radio definido por software DAC de alta velocidad.

La idea detrás de estos dispositivos es que el DAC se encuentra en la placa base, y usted usa placas secundarias intercambiables para tomar la señal generada y filtrarla, mezclarla con algo de RF, amplificarla, etc. Eso significa que la señal tiene que viajar un poco y cruzar un conector antes de llegar al circuito analógico relevante. Aquí, la elección de diseño fue, por lo tanto, utilizar un DAC actual.

Las salidas analógicas del AD9777 DAC se alimentan directamente al conector de la placa secundaria:

Luego, en la placa hija (hablemos aquí del WBX , esquema ):

vemos eso

• hacemos coincidir los 50 ohmios de la línea de transmisión, que es necesaria para obtener la mayor cantidad de energía del DAC en nuestra placa hija (y, como corolario, la menor cantidad de reflejos/distorsiones y
• no hay partes activas involucradas en el almacenamiento en búfer de lo que produce el DAC.

Por lo tanto, el DAC aquí funciona a 100 MS/s, lo que significa que ya es aconsejable no pensar en la señal como "corriente que fluye a través de una pieza de metal", sino diseñar las líneas diferenciales del DAC al conector como líneas de microondas, es decir, microstrip etc., y comprométase con el hecho de que los campos alrededor de estos conductores transportarán la energía. En este escenario, los amplificadores operacionales capaces son difíciles de encontrar, más difíciles de obtener lineales e incluso más difíciles de obtener lo suficientemente lineales como para no desperdiciar costosos bits DAC.

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Por supuesto, un DAC para estas tasas se especifica con una impedancia de salida que permite una impedancia de línea de transmisión y un diseño de impedancia de terminación correctos. Lo que también significa que para la terminación de 50 ohmios utilizada aquí, Analog garantiza capacidades de conducción. De la hoja de datos AD9777, p. 46 :

Tenga en cuenta que la impedancia de salida del propio DAC AD9777 es superior a 100 kΩ y normalmente no tiene efecto sobre la impedancia del circuito de salida equivalente.

por lo tanto, estamos más o menos en el caso de que "está bien, tienes una impedancia de sumidero en el rango de 100 Ω, pero la impedancia de la fuente es mucho más alta, así que no te preocupes". Por supuesto, pág. 47 también explica cómo puede usar un Opamp como búfer de salida:

Sin embargo, el texto menciona explícitamente las desventajas y restricciones de diseño que esto tiene:

El rechazo de modo común (y distorsión de segundo orden) de esta configuración generalmente está determinado por la coincidencia de resistencias. El amplificador operacional utilizado debe operar desde un suministro dual ya que su salida es de aproximadamente ±1,0 V. Un amplificador de alta velocidad, como el AD8021, capaz de preservar el rendimiento diferencial del AD9777 mientras cumple con otros objetivos de nivel del sistema (por ejemplo, costo, potencia) se recomienda.

Dado que los amplificadores operacionales nunca son perfectos, infiere muchos problemas adicionales. Solo piense en la capacitancia parásita en la línea de retroalimentación, incluida la resistencia de 500 ohmios, o el hecho de que las resistencias y los pines del paquete tienen inductancia, que cambia la fase de una señal según la frecuencia de la señal... de repente, su DAC de banda ancha tiene menos -que el búfer plano, y cambiar eso podría no ser trivial, para que no reduzca el ancho de banda a algo manejable.