成本管理利用数字电位计 AD 构建
V 低成本 DAC
利用数字电位计 AD5292 构建 30V 低成本 DAC
(CN0111)
电路功能与优势
图 1所示电路采用 digiPOT+系列数字电位计 AD5292、双通道运算放大器 ADA4091-2和基准电压源 ADR512，
提供一种低成本、高电压、单极性 DAC。该电路提供 10 位分辨率，输出电压范围为 0V 至 30V，能够提供最
高±20mA的输出电流。AD5292可以通过 SPI兼容型串行接口编程。
图 1：单极性 DAC配置（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
AD5292 具有±1%电阻容差，因而可以与外部分压器电阻 R3和 R4串联，如图 2 和图 5 所示，以构建一个在缩
小的输出电压范围内提供 10 位分辨率的游标 DAC；这可以起到提高 DAC 灵敏度的作用，类似于增加一个与
电位计串联的电阻。此外，AD5292内置一个 20次可编程存储器，可以在上电时自定义输出电压 VOUT。
本电路具有高精度、低噪声和低温度系数输出电压等特性，非常适合数字校准应用。
电路描述
图 1所示电路采用数字电位计 AD5292、基准电压源 ADR512和运算放大器 ADA4091-2，提供一种 10位、低成
本、高电压 DAC。本电路可保证单调性，微分非线性(DNL)为±1LSB，积分非线性典型值为±2LSB。
高压稳压器由低压基准电压源和后接的同相放大器组成，该放大器的增益由 R1与 R2的比值决定。基
准电压源 ADR512具有低温度漂移、高精度和超低噪声性能。
确保 ADR512最小工作电流的最大电阻值由公式 1确定。
在图 1和图 2中，RBIAS电阻为 12kΩ，可将 ADR512的偏置电流设置为 。
图 2：通过缩小输出电压范围并利用游标 DAC来提高精度（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
ADA4091-2是一款运算放大器，具有低失调电压和轨到轨输出。ADR512与 ADA4091配合使用，可提供低温度
系数和低噪声输出电压。
电阻 R1和 R2用来调整放大器的增益。U1A的输出电压 V1决定 DAC的最大输出电压(VOUT)范围。可以用公式 2
计算电阻值。
图 1 中，所选电阻值可提供 的增益和 的 V1值。可以用该电压为其它电路供电，最大输出电流
为 17mA。
图 3 和图 4 分别显示典型的积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)曲线。在图 1 所示配置中，AD5292 采用比
率式工作方式，这意味着总电阻容差的变化不会影响性能。
图 3：INL与 DAC码的关系
图 4：DNL与 DAC码的关系
为改善电路精度，可以用两个外部电阻降低 AD5292 上的基准电压，如图 5 所示，由此便可在有限的电压范
围内提供全部 10 位分辨率（游标 DAC）。数字电位计通常具有±20%的端到端电阻容差误差，由于数字电位
计与外部电阻之间存在匹配误差，因此会影响电路精度。AD5292则具有业界领先的±1%电阻容差性能，有助
于克服电阻匹配误差问题。
图 5：通过降低基准电压来构建游标 DAC，从而改善 INL性能（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
这种情况下：
缩小范围内的 1LSB可以通过下式计算：
相对于最高基准电压 V1，游标 DAC的等效分辨率为：
图 6 显示利用图 5的游标 DAC电路而获得的 INL（以 V1为基准）曲线。
图 6：游标 DAC的 INL（以 V1为基准）
AD5292具有一个 20次可编程存储器，可以在上电时将输出电压预设为特定值。
为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术（请参考教程 MT-031 和
教程 MT-101）。至少应采用四层 PCB：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。
参数 最小值 最大值 单位
电源电压 30 33 V
输出电压 0 30 V
输出电流 - ±20 mA
DNL -1 +1 LSB
INL -2 +2 LSB
建立时间 2 μs
表 1.图 1中单极性 DAC的典型特性
常见变化
AD5291（8位、内置 20次可编程上电存储器）和 AD5293（10位、无上电存储器）均为±1%容差数字
