ADI实验室电路:如何利用乘法DAC和运算放大器提供可编程增益

电路功能与优势

本电路利用乘法DAC和运算放大器提供可编程增益功能。最大增益值和温度系数由外部电阻设置，可编程增益的分辨率由DAC的分辨率设置。

图1：采用电流输出DAC的可编程增益电路（原理示意图）

电路描述

图1所示电路就是推荐用来提高电路增益的方法。R1、R2和R3应具有相似的温度系数，但不必与DAC的温度系数相匹配。在要求增益大于1的电路中，推荐使用这种方法。增益为：

VOUT = −Gain × VIN × （D/2N）

其中D为载入DAC数字字的小数表示，n为位数： D = 0 to 255 （8位 AD5426）; D = 0 to 1023 （10位 AD5432）; and D = 0 to 4095 （12位 AD5443）。该电路的主要优势就是能够解决增益温度系数误差问题。外部电阻的温度系数需要匹配，但不必与DAC梯形电阻的温度系数相匹配。

之所以需要电阻R1，是因为R1加上DAC的输入阻抗必须等于总反馈电阻，即RFB + R2||R3。DAC的输入阻抗为RFB，因此

R1 + RFB = RFB + R2||R3

R1 = R2||R3

R1和R2的值必须适当选择，这样对于给定的电源电压，输出电压才不会超过运算放大器的输出范围。另外还应注意，运算放大器的偏置电流乘以总反馈电阻（RFB + R2||R3），即可产生相应的失调电压。因此，R1和R2的值不能太大，否则将对总输出失调电压产生显著影响。

运算放大器的输入失调电压要乘以电路的可变增益（由于存在DAC的代码相关输出阻抗）。由于放大器的输入电压出现失调，因而两个相邻数字小数之间的噪声增益变化会使输出电压产生步进变化。此输出电压变化与两个代码间所需的输出变化相叠加，引起差分线性误差；如果该误差足够大，可能会导致DAC非单调。AD8065 借助其低输入失调电压和低偏置电流特性可解决这一问题。

常见变化

OP1177 是另一款适合该电流电压转换电路的优秀运算放大器，它同样具有低失调电压和超低偏置电流特性。至于基准电压的选择，输入电压会受所选运算放大器的轨到轨电压限制，增益则同样由电阻R2和R3设置。