针对精密16位数模转换应用的低功耗电平设置解决方案

正在为寻找一款具备真正意义上的16位电平设置性能的小封装、超低功耗的解决方案而烦恼吗？本文讨论的电路针对精密16位数模转换应用，使用电压输出DAC AD5542A/AD5541A、基准电压源ADR421BRZ以及用作基准电压缓冲器的20μA AD8657，提供一款低功耗、小尺寸的解决方案。
电路功能与优势
基准电压缓冲对于设计至关重要，因为DAC基准输入的输入阻抗与码高度相关，如果DAC基准电压源未经充分缓冲，将导致线性误差。开环增益高达120dB的AD8657已经过验证和测试，符合本电路应用关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。
图1所示的器件组合实现了最小的PCB面积和最低的功耗。AD5542A采用3mm×3 mm、16引脚LFCSP或16引脚TSSOP封装。AD5541A采用3mm×3 mm、10引脚LFCSP或10引脚MSOP封装。

图1 精密DAC配置（简化的原理示意图：未显示去耦和所有连接）
这一器件组合可以提供业界领先的16位分辨率、±1 LSB积分非线性(INL)和±1 LSB微分非线性(DNL)，可以确保单调性，并且具有低功耗、小PCB和高性价比等特性。
电路描述
对于无误差的理想DAC，输出电压与基准电压相关，如下式所示：

其中D为载入DAC寄存器的十进制数据字，N为DAC的分辨率。
对于2.5 V基准电压且N = 16，上述公式可简化为下式：

这样，在中间电平时VOUT 为1.25 V，在满量程时VOUT为2.5 V；LSB大小为2.5 V/65,536 = 38.1μV；16位时，1 LSB也相当于满量程的0.0015%，或者15ppm FS；基准电压源ADR421（B级）的室温初始精度为0.04%，相当于16位时的约27 LSB。此初始误差可以通过系统校准消除。ADR421（B级）的温度系数典型值为1ppm/°C，最大值为3ppm/°C。
假设使用理想基准电压源（基准电压误差已通过系统校准消除），则AD5542A的最差情况单极性输出电压（包括误差）可通过下式计算：

其中：
VOUT UNI为单极性模式最差情况输出；D为载入DAC的码；VREF为施加于DAC的基准电压（假设无误差）；VGE为增益误差，单位伏特(V)。（注意，基准电压缓冲的失调误差必须包括在增益误差中，因此为基准电压缓冲选用的运算放大器必须具有低输入失调电压特性）。VZSE为零电平误差（失调误差），单位伏特(V)。（注意，可选输出缓冲放大器的失调电压会增加此误差）。INL为DAC的积分非线性，单位伏特(V)。（注意，可选输出缓冲放大器的非线性会增加此误差）。
本电路采用电压输出DAC AD5542A，提供真16位INL和DNL。AD5541A/AD5542A的DAC架构为分段R-2R电压...