komponenter/ AnAloG
Valg af højpræcise D/Akonvertere
Når designere skal vælge en højpræcisions D/A-konverter er det vigtigt at overveje, hvilken konverterarkitektur, der er bedst til den aktuelle applikation
rencens- og outputforstærkerens performancemæssige egenskaber har for D/Akonverteren, for at opnå den bedste præcision og ydelse. En så ka ldt R esistor String (R-String) D/A-konverter anvender en serie af modstandsdelere med 2 N udtagspunkter til at skabe en D/A-konverter med N-bit opløsning. Monolitiske 16bit D/A-konvertere, der er baseret på resistor string arkitekturer, indeholder typisk en lavopløsnings, resistor string D/A-konverter med en eller flere underområde D/A-konvertere, som anvendes til at interpolere mellem elementerne i resistor string'en for at opnå en opløsning på 16-bit. En fordel ved at anvende denne 'streng-plus-interpolator' metode er, at D /Akonverterens output ifølge sin natur er monoton uden trimning eller kalibrering. Endvidere er reference inputimpedansen typisk høj og er normalt uafhængig af outputkoden, hvilket gør det muligt at anvende en ubufferet reference, en buffer med en langsom lavpræcisions operationsforstærker eller integrere referencebufferen på chippen. Da resistor string'ens outputi mpeda n s va r ierer med outputkoden, indeholder de f leste resistor string D/Akonvertere integrerede output-bufferforstærkere til at drive resistive belastninger. Selv om resistor string D /A-konvertere i sagens natur har en meget god DNL (Differental Non-Linearity), er konverterens INL bestemt af den aktuelle matchning af alle seriemodstandselementerne og kan være vanskelig at styre på grund af det store antal af uafhængige modstandselementer. Indtil for nylig har nøjagtigheden for disse D/A-konvertere været begrænset til omkring ±180 ppm, eller ±12 LSB ved en opløsning på 16-bit. Imidlertid har den nyeste teknologiske udvikling nu gjort det muligt at opnå en nøjagtighed på op til ±60 ppm. Eksempelvis har Linear T e c h n o l o g y 's LT C 2 6 5 6 kreds, der integrerer otte D/A-konverterkanaler i en M at c h n i n gen a f både modstande og switche vil påvirke strukturens monotoni og nøjagtighed. Disse D/A-konvertere bliver normalt trimmet eller fabrikskalibreret, og monolitiske 16 -bit 'resistive ladder ' D /A-konver t ere med ±1 LSB INL og DNL har længe været almindelige på markedet. En almindelig form for R-2R D/A-konverter anvender terminal C som D/Akonverterens outputspænoutputkoden. På grund af R-2R `stigens' natur kan selv små ændringer af D/Akonverterens outputspænding forårsage en stepændring på 0,5 mA eller mere i referencestrømmen. Derfor skal referencen være bufferet af en avanceret forstærker, der anvender et omhyggeligt `force-sense' boardlayout for at begrænse den resulterende forringelse af D/A-konverteroutputtets settling-, glitch impulsog linearitetsegenskaber.
Af Chad Steward og Alison Steer, Linear Technology Corporation
Når designere skal vælge en højpræcisions D/A-konverter, er det første de skal overveje, hvilken D/A-konverter arkitektur, der er bedst til den aktuelle applikation. Der findes i dag mange forskellige arkitekturer at vælge imellem, inklusiv oversamplede-, composite-, resistor string- og resistive ladder- eller R-2R D/A-konvertere. Den valgte arkitektur påvirker både specifikationerne for selve D/A-konverteren og de krav, som boarddesigneren stilles overfor. Der kræves også en omhyggelig overvejelse af den effekt, som strømforsyningens-, refe-
Linear Technology's familie af strømoutput D/A-konvertere
20-pin, 4 mm x 5 mm pakning, en max. INL fejl på ±4 LSB ved en opløsning på 16bit.
Resistive Ladder eller R-2R D/A-konvertere
Tre gængse R-2R D/A-konverter strukturer R-2R resistiv ladder konverter, spændingsoutput R-2R konverter og strømoutput R-2R konverter.
De såkaldte `resistive ladder' eller R-2R D/A-konvertere anvender en tre-terminal struktur som den, der er vist i figur 1, med modstande, der switches mellem terminalerne A og B samt en tredje terminal C, der har en fast impedans. De viste modstandsforhold implementerer en binær `stige' med hvert 'ben' svarende til en enkelt bit for D/A-konverteren. Bemærk, at impedanserne ved terminalerne A og B er meget kodeafhængige.
ding, med terminal A forbundet til den positive reference og terminal B forbundet til den negative reference eller g round. Den principielle fordel ved denne konstruktion er, at outputimpedansen er konstant i forhold til outputkoden, som gør det muligt at drive resistive belastninger uden buffer. For eksempel kan Linear Technology's LTC2641 16bit D/A-konverter drive en 60 kohm belastning uden buffer og samtidig bevare en INL og DNL på 1 LSB og have et strømforbrug på mindre end 200 µA. En u lempe ved den ne konstruktion er imidlertid, at referenceimpedansen varierer meget kraftig med
Når ma n a nvender en out putbu f fer for st ærker sammen med en spændingsoutput R-2R D/A-konvert er, sk a l for st ærkeren s åben-loop forstærkning og storsignal common-mode undertrykkelse være tilstrækkelig høj til at bevare outputtets linearitet (>110 dB ved 18 bit). Outputbufferens offset og input-biasstrøm optræder primært som offset på D/A-konverterens output, men enhver variation i disse parametre over input common-mode området viser sig som en ekstra INL fejl.
Strømoutput R-2R D/A-konvertere
En alternativ konfiguration af en R-2R D/A-konverter
Elektronik udvikling 2010
Danmarks bedste support team er klar til at hjælpe dig Rådgivning, uddannelse, designstøtte og hotline-support OrCAD og Allegro værktøjer - PCB bureauernes foretrukne Vi har gode tilbud - og en del nye produkter Læs mere på www.nordcad.dk/byt Ring til os - og få en uforpligtende snak om dine løsningsmuligheder
96 31 56 90 www.nordcad.dk
GaN-baserede iP2010 og iP2011 powertrin se
International Rectifier introducerer industriens første familie af kommercielle integrerede powertrin produkter, der anvender IR's revolutionerende Gallium Nitrid (GaN) baserede powerkreds teknologiplatform. Den nye iP2010 og iP2011 familie af integrerede powertrin kredse er designet til multi-fase- og 'point-ofload' (POL) applikationer, inkl. servere, routere, switche og general-purpose POL DC/DC-konvertere. iP2010 og iP2011 integrerer en meget sofistikeret, ultra-hurtig PowIRtuneTM driver-IC, der er matched med en multi-switch monolitisk GaN-baseret powerkreds. Disse kredse er monteret i en flip-chip pakningsplatform for at give en højere effektivitet og en mere end dobbelt så høj switchingfrekvens som dagens avancerede 'state-of-the-art' siliciumbaserede integrerede powertrin kredse. iP2010 har et inputspændingsområde på 7 V til 13,2 V og et outputspændingsområde på 0,6 V til 5,5 V med en outputstrømkapacitet på op til 30 A. Kredsen opererer med en switchingfrekvens på op til 3 MHz. Den pinkompatible iP2011, der kan operere med switchingfrekvenser på op til 5 MHz, har det samme input- og outputspændingsområde som
20
aktuel elektronik nr. 6 · 3. maj 2010