【導(dǎo)讀】數(shù)字信號(hào)處理可提供經(jīng)濟(jì)高效的方式來(lái)正確分配信息，例如帶寬或容量。考慮一個(gè)由接收路徑和發(fā)送路徑來(lái)組成的非常基本的數(shù)字收發(fā)器設(shè)計(jì)，在接收路徑中，代表某種信息元素的連續(xù)模擬信號(hào)在確定的時(shí)間點(diǎn)被捕獲，此信號(hào)可以表示為隨時(shí)間變化的電壓擺幅，轉(zhuǎn)換步驟當(dāng)然也是將電壓擺幅轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示，對(duì)所得到的數(shù)字表示或代碼可以進(jìn)行處理，以提取該信號(hào)中的信息內(nèi)容。根據(jù)該信息的特征可以做出某些判斷，例如將該信息路由到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，或在特定時(shí)間對(duì)收發(fā)器進(jìn)行某種操作，發(fā)送完全相反的路徑，信息需要傳送到實(shí)際設(shè)備。數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)模擬輸出，將該輸出對(duì)應(yīng)于數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)于固定基準(zhǔn)值的相對(duì)值，其最基本的形式是由下圖所示的關(guān)系確定。
從數(shù)字域到模擬域的轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵要素是一系列有限離散值，現(xiàn)在由一個(gè)模擬變量表示，這會(huì)導(dǎo)致量化不確定性。一個(gè)基準(zhǔn)量，要么電壓要么電流被精確地分割為一些二進(jìn)制和/或線性分段，數(shù)字輸入驅(qū)動(dòng)開關(guān)將適當(dāng)數(shù)量的分段連接到輸出，數(shù)字輸入可以通過不同形式提供，例如晶體管對(duì)晶體管邏輯(TTL)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或低壓差分信號(hào)(LVDS)。
DAC通常需要配套產(chǎn)品，例如基準(zhǔn)電壓源以及對(duì)基準(zhǔn)輸入引腳和DAC輸出的緩沖。在精密DAC中，基準(zhǔn)電壓性能對(duì)于DAC整體性能至關(guān)重要，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓源的誤差會(huì)反映在DAC的輸出中。在任何混合信號(hào)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)電壓源都是最重要的部分，因?yàn)樗娜魏巫兓紩?huì)影響系統(tǒng)中的所有其他部分。如果基準(zhǔn)電流不穩(wěn)定，某些基準(zhǔn)電壓源會(huì)漂移，DAC基準(zhǔn)電流的變化會(huì)影響基準(zhǔn)電壓。
選擇基準(zhǔn)電壓源時(shí)，需要考慮的主要規(guī)格有：噪聲溫度漂移絕對(duì)誤差（盡管這可以通過校準(zhǔn)輕松消除）和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可以采用并聯(lián)多個(gè)基準(zhǔn)源之類的技術(shù)來(lái)減小噪聲和時(shí)間漂移。DAC常常包含片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源和/或片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖器，如果DAC沒有片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源或片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖器，那么可能需要緩沖輸入基準(zhǔn)電壓引腳，DAC數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)提供輸入阻抗規(guī)格，以便用戶可以計(jì)算。使用此值時(shí)，基準(zhǔn)電壓源能否提供足夠的電流，這會(huì)變得復(fù)雜，因?yàn)槟承〥AC結(jié)構(gòu)（例如電壓模式R-2R DAC）的輸入阻抗，隨著應(yīng)用于DAC的數(shù)字碼的不同而有很大變化，這種情況下就需要緩沖外部基準(zhǔn)電壓，DAC的基準(zhǔn)電壓緩沖器應(yīng)為低噪聲、低偏置誤差放大器，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓緩沖器的偏置誤差會(huì)變?yōu)镈AC輸出端的增益誤差。
如前所述，電壓DAC的基準(zhǔn)電壓緩沖器應(yīng)為低噪聲、低偏置誤差放大器，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓緩沖器的偏置誤差會(huì)變?yōu)镈AC輸出端的增益誤差，選擇DAC輸出端的緩沖器時(shí)，可以優(yōu)化放大器以適應(yīng)應(yīng)用，需要考慮多個(gè)因素，要求更快的建立時(shí)間還是更高的帶寬？或者要求更高的精度和更低的噪聲？成本、封裝、尺寸和通道數(shù)也要考慮。一般而言，DAC開關(guān)的建立速度很快，因此，DAC電路的壓擺率和建立時(shí)間主要由輸出放大器決定，輸出緩沖器一般要求低偏置電流、低偏置誤差和足夠的裕量。
在精度是一項(xiàng)關(guān)鍵要求的應(yīng)用中，輸出緩沖器還要求低噪聲，而在需要較高速度的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)選擇具有較快建立時(shí)間、較快壓擺率和較高帶寬的運(yùn)算放大器。歸根結(jié)底，選擇何種放大器取決于應(yīng)用。
再看一款包含片內(nèi)緩沖的產(chǎn)品示例。這是亞德諾半導(dǎo)體（ADI）公司的AD5754R系列四通道DAC的框圖，既有片內(nèi)基準(zhǔn)電壓緩沖、又有片內(nèi)輸出緩沖，內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓在片內(nèi)進(jìn)行緩沖，因此無(wú)需外部緩沖。此處顯示的輸出緩沖器附帶滿量程可調(diào)節(jié)電路，它提供多個(gè)用戶可配置的范圍，包括單極性和雙極性。AD5754R易于使用，是一款可立即用于構(gòu)建系統(tǒng)的單芯片解決方案，消除了許多支持電路，包括這些實(shí)現(xiàn)方案所需的緩沖和增益元件，因此它是一個(gè)完整的單封裝解決方案，它提供可預(yù)測(cè)的額定精度和性能，可減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間，簡(jiǎn)化PCB的布局。
本文小結(jié)：
基準(zhǔn)電壓源有很多形式并提供不同的特性，但歸根結(jié)底，精度和穩(wěn)定性是基準(zhǔn)電壓源最重要的特性，因?yàn)槠渲饕饔檬翘峁┮粋€(gè)已知輸出電壓。相對(duì)于該已知值的變化是誤差，基準(zhǔn)電壓源規(guī)格通常使用下述定義來(lái)預(yù)測(cè)其在某些條件下的不確定性：初始精度、溫度漂、長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
電壓基準(zhǔn)源一般用于ADC、DAC和其他模擬電路精確的參考電壓設(shè)定，以及傳感器的偏置設(shè)定、元器件/系統(tǒng)供電或驅(qū)動(dòng)，以及虛擬地設(shè)置。基準(zhǔn)電壓源只是一個(gè)電路或電路元件，可產(chǎn)生穩(wěn)定、精確直流電壓。如果產(chǎn)品需要采集真實(shí)世界的相關(guān)信息，例如電池電壓或電流、功耗、信號(hào)大小或特性、故障識(shí)別等，那么必須將相關(guān)信號(hào)與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
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