许多现代⼯业和仪器仪表系统可以接⼊多个不同电源，最常见的是15 V⽤于模拟电路，3 V或5 V⽤于数字逻辑。其中⼤部分应⽤要求输出以10 V摆幅驱动外部⼤负载。
问题来了，为上述应⽤择数模转换器(DAC)时，遇到的各种需要权衡的因素，⾯对多个解决⽅案时，哪种才是最佳呢？接着往下看，我们还有详细的电路原理图哦~
可编程逻辑控制器(PLC)、过程控制或电机控制等⼯业应⽤中的模拟输出系统，需要0 V⾄10 V或10 V以上的单极性或双极性电压摆幅。⼀种可能的解决⽅案是选择能够直接产⽣所需输出电压的双极性输出DAC；另⼀种是使⽤低压单电源(LVSS)DAC，将其输出电压放⼤⾄所需输出电平。为了选择最适合应⽤的⽅法，你必须了解输出要求，并且知道每种⽅案的优势或不⾜。 双极性DAC
主要优势——
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简单。电路板的设计得以简化，因为所需的0 V⾄10 V或10 V以上输出电平可直接通过硬件或软件配置获得。此外，其通常会集成故障保护模式，因⽽可简化系统设计。
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可制造性和可靠性得到提⾼，因为不需要放⼤器、开关和电阻等分⽴式器件。有时也会集成基准电压源。 •
系统误差和总⾮调整误差(TUE)的测量。保证线性度、噪声、失调和漂移特性；对DAC内的各种误差源求和，很容易计算总系统误差或TUE。TUE有时在数据⼿册中有规定。 •
端点误差。某些情况下，双极性DAC包括校准特性，能够随时调整系统失调和增益误差。
主要缺点——
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灵活性有限。集成⾼压放⼤器对应⽤⽽⾔可能不是最佳的。输出放⼤器通常针对特定负载和噪声要求进⾏优化。虽然数据⼿册给出的范围可能与系统中的实际负载匹配，但其他参数(如建⽴时间或功耗等)可能⽆法满⾜系统要求。
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成本和电路板⾯积。双极性DAC通常是在较⼤的⼏何⼯艺上设计，导致芯⽚和封装尺⼨较⼤且成本较⾼。使⽤带外部信号调理的低压DAC是另⼀种产⽣⼯业应⽤所需⾼压输出摆幅和范围的⽅法。同样，它也有值得考虑的重要权衡因素。
分⽴式解决⽅案
f型钢主要优势——
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LVSS DAC具有较⾼的逻辑集成度和⾼速逻辑接⼝，使得微控制器有时间来处理更多任务。
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输出可能必须提供⼤电流或驱动双极性DAC⽚内放⼤器⽆法处理的⼤容性负载。分⽴式解决⽅案允许选择最佳独⽴
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输出可能必须提供⼤电流或驱动双极性DAC⽚内放⼤器⽆法处理的⼤容性负载。分⽴式解决⽅案允许选择最佳独⽴放⼤器来满⾜应⽤需要。
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很容易实现超量程特性(10 V标称范围提供10.8 V输出)，为最终⽤户提供更⼤的应⽤灵活性，例如在需要打开或关闭磨损阀门的应⽤中。
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成本。LVSS DAC通常⽐双极性DAC便宜，从⽽使总体物料成本更低。
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减少电路板⾯积。LVSS DAC采⽤低压亚微⽶或深微⽶⼯艺设计，可提供⼩尺⼨封装。
主要缺点——
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需要花费更多的时间来优化电路板和设计端点调整电路。
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总误差或TUE的计算变得更困难，因为必须考虑更多误差源。
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分⽴式器件数量的增加导致可制造性和可靠性降低。
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应⽤必须有低压电源(5 V或3 V)可⽤。
总之，在精密10 V⼯业应⽤的设计中，有许多因素需要考虑。显然，你必须清楚地知道输出负载要求和系统可以接受的总误差。此外，电路板⾯积和成本也是选择最佳⽅案的重要考虑因素。对于必须驱动⼤容性负载(1 µF)，同时要求低噪声和快速建⽴(20 V范围⼩于10 s)的应⽤，分⽴式⽅案⼏乎总是胜出；虽然双极性DAC在灵活性上不如分⽴式⽅案，但简单的设计和不费⼒的TUE计算使其对⼴泛的⼯业和仪器仪表应⽤很有吸引⼒。
下⾯的讨论说明如何利⽤双电源双极性输出DAC和带外部信号调理的低压单电源DAC实现精密10 V输出。
电路概览：双电源双极性输出DAC
双极性输出DAC的主要元件如以上功能框图(图1)所⽰。它由精密DAC、基准电压源、基准电压缓冲器、失调和增益调整以及输出放⼤器组成。
图1. AD5764双极性DAC的功能框图
集成精密基准电压源以适应16位应⽤⾮常困难，但最近的⼯艺进步和设计技术允许在⽚内设计和集成具有出⾊漂移和热特性的基准电压源。热关断、短路保护等故障保护模式，以及上电/关断等状况下的输出控制，是双极性DAC通常会集成的重要特性，可以简化系统设计。DAC提供数字码以相对于基准电压转换输出电压。调整模块提供偏移和调整DAC 传递函数的功能。
*AD5764是⼀款四通道、16位串⾏输⼊、电压输出DAC，⼯作电压范围为12 V⾄15 V。其标称满量程输出范围为10 V，内置输出放⼤器、基准电压缓冲器、精密基准电压源以及专有上电/关断控制电路。AD5764采⽤ADI公司的⼯业CMOS (iCMOS®)制造⼯艺技术设计，该⼯艺集⾼压互补双极性晶体管和亚微⽶CMOS于⼀体。它还有⼀个模拟温度传感器，每通道均有对应的数字失调和增益调整寄存器。
电路概览：低压单电源DAC和外部信号调理
图2显⽰如何利⽤LVSS DAC产⽣⼯业应⽤所需的10 V输出范围。它由5个不同的模块组成：LVSS DAC、基准电压源、失调调整、基准电压缓冲器和输出放⼤器。
图2. 分⽴式±10 V模拟输出框图
DAC提供数字码以相对于基准电压转换输出电压。失调调整模块提供偏移DAC单极性传递函数以产⽣
双极性输出的功能，以及校准0 V端点的功能。基准电压缓冲器为基准电压和失调调整模块提供负载隔离(多个DAC可共⽤这⼀缓冲输出)。输出放⼤器在计⼊失调调整后，提供所需的增益来将输出摆幅提⾼到所需电平。此外，输出放⼤器还提供将⼤容性负载驱动到供电轨的功能。
图3所⽰电路说明了如何放⼤⼀个精密LVSS 16位DAC来实现10 V的输出摆幅。DAC具有0到2.5 V输出范围，连接到放⼤器U3的同相输⼊端。此输⼊的同相增益为(1 + R2/R1)，本例中为8。
图 3. 10 V精密模拟输出电路详情
该电路包括如下器件：
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U1—ADR421，精密、低噪声2.5 V基准电压源，3 ppm/°C漂移，MSOP封装；
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U2—AD5062，16位、最⼤1 LSBINL、5 V/3 V电源、串⾏输⼊nanoDAC™，SOT-23封装；
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U3和U5—OP1177，精密运算放⼤器，15 V电源，MSOP封装；
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U4和U6—带ESD保护的精密电阻⽹络；
双卡通•
U7—AD5259，256抽头⾮易失性数字电位计，MSOP封装。
运算放⼤器的反相输⼊端连接到基准电压源和电阻分压器⽹络U6产⽣的1.429 V电压。此输⼊的反相增益为(–R2/R1)，本例中为–7。因此，当DAC设为0代码0000h时，此电路的输出为：
当DAC设置为满量程代码FFFFh时，输出为：
⼀般⽽⾔，任意输⼊代码的输出电压可以按如下公式计算：
其中D代表精密16位DAC(如同本例)的⼗进制输⼊代码(0⾄65535)。VREF = 2.5 V，R1 = R，R2 = 7 R。利⽤⼀个带⾮易失性存储器的数字电位计来调整系统的零失调误差，这样即使断电也能保留失调值。可以选择U7、U6和R3来形成电阻⽹络，以便提供0 V所需的调整范围。可以轻松进⾏配置PLC模拟输出模块所需的其他输出范围，例如+5 V、5 V、+10 V或10.8 V (适⽤于超量程较为重要的情况)。
车模门*16位AD5062保证单调性，最⼤DNL和INL误差为1 LSB。其单极性输出的最⼤失调误差为50 V，最⼤增益误差为
0.02%。⾼速串⾏接⼝⽀持⾼达30MHz的时钟速率。该器件采⽤SOT-23⼩型封装。
结语
越来越多的⼯业和仪表应⽤要求使⽤精密转换器来实现各种⼯艺的精确控制与测量。此外，这些最终应⽤还要求更⾼的灵活性、可靠性和功能集，同时降低成本和电路板⾯积。元件制造商正在解决这些难题，并推出了⼀系列产品来满⾜系统设计⼈员对当前与未来设计的要求。
如本⽂所述，有多种途径可选择合适的元件⽤于精密应⽤，每⼀种都各有优缺点。随着系统精度的提⾼，⼈们需要更加注重合适元件的选择，以满⾜应⽤要求。
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