本應(yīng)用筆記討論了當(dāng)前DAC的典型架構(gòu)及其具體應(yīng)用。本文還討論了如何選擇它們來調(diào)節(jié)/裕量調(diào)節(jié)電源電壓、偏置PIN二極管、控制可調(diào)諧激光發(fā)射器以及半導(dǎo)體光放大器(SOA)的增益和衰減
介紹
電子設(shè)備的全球使用對DAC提出了很高的要求,以將數(shù)字系統(tǒng)連接到模擬世界(如光纖通信網(wǎng)絡(luò))、偏置光電二極管或?qū)δM設(shè)備(如電源)進(jìn)行數(shù)字控制,以精確地提供從極低微安到數(shù)百毫安的穩(wěn)定、高分辨率電流。DAC的輸出級可以設(shè)計為提供電壓或電流輸出。本應(yīng)用筆記討論了電流輸出類型及其預(yù)期應(yīng)用。
當(dāng)前 DAC 架構(gòu)
什么是數(shù)字轉(zhuǎn)換器?
數(shù)模轉(zhuǎn)換器(也稱為DAC或D/A轉(zhuǎn)換器)是一種將數(shù)量的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換為離散模擬值的電子設(shè)備。DAC的輸入通常是數(shù)字二進(jìn)制代碼。該代碼與已知基準(zhǔn)電壓一起,在DAC輸出端產(chǎn)生電壓或電流。理解“分立”一詞非常重要,因為DAC無法提供連續(xù)時間輸出信號。取而代之的是,它提供了模擬“步驟”。這些步驟可以進(jìn)行低通濾波以獲得連續(xù)信號。通過提高DAC的分辨率,可以增加離散步驟的數(shù)量,并減小步長(從而減小量化誤差)。此操作產(chǎn)生的信號與連續(xù)時間信號非常接近。
圖1顯示了典型的電流DAC架構(gòu)。該電流DAC由一系列R-2R電阻和開關(guān)組成。當(dāng)接口數(shù)字輸入代碼被命令時,內(nèi)部2R橋腳電阻相應(yīng)定向至V裁判或通過開關(guān)接地。通過負(fù)載的輸出是電流,其值與V成正比裁判/2n.其中 n 是所選交換機的數(shù)量。
圖1.典型電流DAC架構(gòu)。
DS4402電流轉(zhuǎn)換器
圖2所示為DS4402/DS4404電流DAC的功能框圖。
DS4402/DS4404分別為2I和4I2分別為C可調(diào)電流DAC。每個器件都可以吸收或提供電流。每個輸出具有 31 個灌電流和 31 個源設(shè)置,由 I 控制2C接口,和外部電阻RFS0到 R.CSV設(shè)置每個輸出的滿量程范圍和步長。
圖2.DS4402/DS4404電流DAC功能框圖
DS4402/DS4404的應(yīng)用
DS4402/DS4404可以吸收和拉出高達(dá)±2mA的電流,使其成為電源調(diào)節(jié)、電源裕量調(diào)節(jié)和可調(diào)吸電流或拉電流等應(yīng)用的理想電流DAC。
圖3所示為DS4402/DS4404用于控制電源輸出電壓的原理圖,裕量±20%。可調(diào)電源具有 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓 V外, 2.0V 和一個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器反饋電壓 VFB,為 0.8V。
R 的值0安和 R0B電阻器確定如下:
VFB = VOUT × R / (R0A + R0B)
其中,VOUT = 2.0V and VFB = 0.8V
將等式2中的VOUT和VFB代入等式1,得到等式3。
0.8 = 2.0 × R0B / (R0A + R0B)
重新排列等式 3 得到等式 4。
R0A = 1.5 × R0B
選擇我出0為0.8mA,大約是DS4402/DS4404的中端源電流和灌電流。
從圖 3 中,IOUT0 = I0A – I0B
另外,從圖 3 中,I0B= VFB, 10B
I0A = (VOUT – VFB) / R0A
將等式 4、6 和 7 代入等式 5,得到以下等式 8。
R0B = [(VOUT – VFB) / 1.5 – VFB] / IOUT0
要實現(xiàn) 20% 的電源電壓裕量,請設(shè)置 VOUT為2.4V。
根據(jù)公式8,R0B計算為333O,R0A計算為500O。在這種配置中,DS4402/DS4404電流DAC具有±0.8mA的拉電流和灌電流能力,允許輸出電壓在1.6V至2.4V范圍內(nèi)線性移動。
圖3.使用DS4402/DS4404電流DAC調(diào)節(jié)電源電壓。
MAX5550電流DAC
MAX5550雙通道、10位DAC具有高達(dá)30mA的高輸出電流,非常適合需要約10mA至20mA直流電流的PIN二極管偏置應(yīng)用。
圖4所示為MAX5550功能框圖。
圖4.MAX5550功能框圖
無線設(shè)計中通常需要射頻(RF)衰減作為可變衰減器,以將RF信號降低或增加到適當(dāng)?shù)乃揭詽M足系統(tǒng)要求。圖5所示為典型的PIN二極管偏置電路。當(dāng)MAX550的直流偏置電流增加時,PIN二極管的正向電阻減小,從而減小RF信號路徑的衰減。類似地,當(dāng)MAX550的直流偏置電流減小時,PIN二極管的正向電阻增大,進(jìn)而增大RF信號路徑的衰減。
系統(tǒng)控制器調(diào)節(jié)PIN二極管電阻(R針)值,通過改變MAX5550通過PIN二極管的電流源。因此,可以使用MAX5550電流DAC來控制信號衰減。
圖5.偏置PIN二極管,采用MAX5550電流DAC
MAX5112/MAX5113電流DAC
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光管需要具有高電流輸出、低噪聲和低數(shù)字饋通的高精度電流源。MAX5112/MAX5113緩沖電流DAC經(jīng)過專門設(shè)計,特別適合可調(diào)諧激光控制,因為它們可以驅(qū)動高達(dá)300mA的可調(diào)諧激光器,并提供可調(diào)諧半導(dǎo)體激光管所需的其它有吸引力的特性。MAX5112和MAX5113設(shè)計用于與I2分別為 C 和 SPI。
圖6所示為14位MAX5112/MAX5113 DAC,具有9通道、電流輸出DAC。器件采用+3.0V低電源供電,無需任何調(diào)整即可提供14位性能。器件的輸出范圍經(jīng)過優(yōu)化,可偏置高功率可調(diào)諧激光源。9 個通道中的每一個都提供 2mA 至 300mA 的電流源。此外,MAX5112/MAX5113設(shè)計用于提供額外的電流,或通過并聯(lián)DAC輸出來實現(xiàn)更高的分辨率。
MAX5112/MAX5113在滿量程時也具有低噪聲密度,在滿量程時僅為0.5nA/vHz(2mA時)和56nA/vHz(300mA時)和數(shù)字接口饋通保持低至約4LSB,如圖7所示,以確保半導(dǎo)體激光管應(yīng)用的低抖動工作。
圖6.MAX5112/MAX5113電流DAC的功能框圖
圖7.MAX5112數(shù)字接口饋通
MAX5112/MAX5113電流DAC的應(yīng)用
MAX5112/MAX5113設(shè)計用于提供高達(dá)300mA的電流源和低至-60mA的吸電流。這種吸引人的特性允許控制半導(dǎo)體光放大器(SOA),該放大器通過受激發(fā)射放大入射光,通過提供高達(dá)300mA的電流來補償傳輸損耗來設(shè)置增益,或者通過吸收高達(dá)-60mA的電流來設(shè)置衰減,如圖8所示。
圖8.MAX5112/MAX5113用于控制SOA。
圖 9 顯示了 Lumentum LambdaFLEX?可調(diào)諧 10G TOSA。這款高性能可調(diào)諧激光發(fā)射器集成了一個帶I2激光器、SOA 和 M-Z 函數(shù)的 C 接口。
圖9.Lumentum LambdaFLEX?可調(diào)諧 10G TOSA。
結(jié)論
電流DAC有不同的輸出電流電平,即低、中和高。低電流DAC可以提供μA至幾mA的輸出,中型器件可以提供數(shù)十mA量級的輸出,高輸出電流部分可以提供數(shù)百mA的輸出。它們專為不同的應(yīng)用而設(shè)計。DS4402/DS4404采用低電流輸出DAC,用于調(diào)節(jié)電源輸出電壓優(yōu)化。中電流輸出DAC(如MAX5550)設(shè)計用于PIN二極管偏置,僅需高達(dá)20mA的電流。大電流輸出DAC,如MAX5112/MAX5113,能夠供應(yīng)和吸收高達(dá)300mA和低至-60mA的電流,專為高性能可調(diào)諧激光發(fā)送器以及控制SOA的增益和衰減而設(shè)計。
審核編輯:郭婷
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