本应用笔记讨论了当前DAC的典型架构及其具体应用。本文还讨论了如何选择它们来调节/裕量调节电源电压、偏置PIN二极管、控制可调谐激光发射器以及半导体光放大器(SOA)的增益和衰减
介绍
电子设备的全球使用对DAC提出了很高的要求,以将数字系统连接到interwetten与威廉的赔率体系 世界(如光纤通信网络)、偏置光电二极管或对模拟设备(如电源)进行数字控制,以精确地提供从极低微安到数百毫安的稳定、高分辨率电流。DAC的输出级可以设计为提供电压或电流输出。本应用笔记讨论了电流输出类型及其预期应用。
当前 DAC 架构
什么是数字转换器?
数模转换器(也称为DAC或D/A转换器)是一种将数量的数字表示转换为离散模拟值的电子设备。DAC的输入通常是数字二进制代码。该代码与已知基准电压一起,在DAC输出端产生电压或电流。理解“分立”一词非常重要,因为DAC无法提供连续时间输出信号。取而代之的是,它提供了模拟“步骤”。这些步骤可以进行低通滤波以获得连续信号。通过提高DAC的分辨率,可以增加离散步骤的数量,并减小步长(从而减小量化误差)。此操作产生的信号与连续时间信号非常接近。
图1显示了典型的电流DAC架构。该电流DAC由一系列R-2R电阻和开关组成。当接口数字输入代码被命令时,内部2R桥脚电阻相应定向至V裁判或通过开关接地。通过负载的输出是电流,其值与V成正比裁判/2n.其中 n 是所选交换机的数量。
图1.典型电流DAC架构。
DS4402电流转换器
图2所示为DS4402/DS4404电流DAC的功能框图。
DS4402/DS4404分别为2I和4I2分别为C可调电流DAC。每个器件都可以吸收或提供电流。每个输出具有 31 个灌电流和 31 个源设置,由 I 控制2C接口,和外部电阻RFS0到 R.CSV设置每个输出的满量程范围和步长。
图2.DS4402/DS4404电流DAC功能框图
DS4402/DS4404的应用
DS4402/DS4404可以吸收和拉出高达±2mA的电流,使其成为电源调节、电源裕量调节和可调吸电流或拉电流等应用的理想电流DAC。
图3所示为DS4402/DS4404用于控制电源输出电压的原理图,裕量±20%。可调电源具有 DC-DC 转换器输出电压 V外, 2.0V 和一个 DC-DC 转换器反馈电压 VFB,为 0.8V。
R 的值0安和 R0B电阻器确定如下:
VFB = VOUT × R / (R0A + R0B)
其中,VOUT = 2.0V and VFB = 0.8V
将等式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
选择我出0为0.8mA,大约是DS4402/DS4404的中端源电流和灌电流。
从图 3 中,IOUT0 = I0A – I0B
另外,从图 3 中,I0B= VFB, 10B
I0A = (VOUT – VFB) / R0A
将等式 4、6 和 7 代入等式 5,得到以下等式 8。
R0B = [(VOUT – VFB) / 1.5 – VFB] / IOUT0
要实现 20% 的电源电压裕量,请设置 VOUT为2.4V。
根据公式8,R0B计算为333O,R0A计算为500O。在这种配置中,DS4402/DS4404电流DAC具有±0.8mA的拉电流和灌电流能力,允许输出电压在1.6V至2.4V范围内线性移动。
图3.使用DS4402/DS4404电流DAC调节电源电压。
MAX5550电流DAC
MAX5550双通道、10位DAC具有高达30mA的高输出电流,非常适合需要约10mA至20mA直流电流的PIN二极管偏置应用。
图4所示为MAX5550功能框图。
图4.MAX5550功能框图
无线设计中通常需要射频(RF)衰减作为可变衰减器,以将RF信号降低或增加到适当的水平以满足系统要求。图5所示为典型的PIN二极管偏置电路。当MAX550的直流偏置电流增加时,PIN二极管的正向电阻减小,从而减小RF信号路径的衰减。类似地,当MAX550的直流偏置电流减小时,PIN二极管的正向电阻增大,进而增大RF信号路径的衰减。
系统控制器调节PIN二极管电阻(R针)值,通过改变MAX5550通过PIN二极管的电流源。因此,可以使用MAX5550电流DAC来控制信号衰减。
图5.偏置PIN二极管,采用MAX5550电流DAC
MAX5112/MAX5113电流DAC
可调谐半导体激光管需要具有高电流输出、低噪声和低数字馈通的高精度电流源。MAX5112/MAX5113缓冲电流DAC经过专门设计,特别适合可调谐激光控制,因为它们可以驱动高达300mA的可调谐激光器,并提供可调谐半导体激光管所需的其它有吸引力的特性。MAX5112和MAX5113设计用于与I2分别为 C 和 SPI。
图6所示为14位MAX5112/MAX5113 DAC,具有9通道、电流输出DAC。器件采用+3.0V低电源供电,无需任何调整即可提供14位性能。器件的输出范围经过优化,可偏置高功率可调谐激光源。9 个通道中的每一个都提供 2mA 至 300mA 的电流源。此外,MAX5112/MAX5113设计用于提供额外的电流,或通过并联DAC输出来实现更高的分辨率。
MAX5112/MAX5113在满量程时也具有低噪声密度,在满量程时仅为0.5nA/vHz(2mA时)和56nA/vHz(300mA时)和数字接口馈通保持低至约4LSB,如图7所示,以确保半导体激光管应用的低抖动工作。
图6.MAX5112/MAX5113电流DAC的功能框图
图7.MAX5112数字接口馈通
MAX5112/MAX5113电流DAC的应用
MAX5112/MAX5113设计用于提供高达300mA的电流源和低至-60mA的吸电流。这种吸引人的特性允许控制半导体光放大器(SOA),该放大器通过受激发射放大入射光,通过提供高达300mA的电流来补偿传输损耗来设置增益,或者通过吸收高达-60mA的电流来设置衰减,如图8所示。
图8.MAX5112/MAX5113用于控制SOA。
图 9 显示了 Lumentum LambdaFLEX™可调谐 10G TOSA。这款高性能可调谐激光发射器集成了一个带I2激光器、SOA 和 M-Z 函数的 C 接口。
图9.Lumentum LambdaFLEX™可调谐 10G TOSA。
结论
电流DAC有不同的输出电流电平,即低、中和高。低电流DAC可以提供μA至几mA的输出,中型器件可以提供数十mA量级的输出,高输出电流部分可以提供数百mA的输出。它们专为不同的应用而设计。DS4402/DS4404采用低电流输出DAC,用于调节电源输出电压优化。中电流输出DAC(如MAX5550)设计用于PIN二极管偏置,仅需高达20mA的电流。大电流输出DAC,如MAX5112/MAX5113,能够供应和吸收高达300mA和低至-60mA的电流,专为高性能可调谐激光发送器以及控制SOA的增益和衰减而设计。
审核编辑:郭婷
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