王家豪

（合肥工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

DAC1210是一種內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)輸入寄存器的12位D/A轉(zhuǎn)換器，采用低功耗CMOS工藝制成，芯片內(nèi)有R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)參考電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行分流，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)果為一組差動(dòng)電流IOUT1和IOUT2輸出。為了輸出模擬電壓，輸出端通常加I/V轉(zhuǎn)換電路。AD694是一款集成V/I轉(zhuǎn)換器，可接受高電平信號(hào)輸入以驅(qū)動(dòng)4～20 mA、0～20 mA的電流輸出，輸入電壓范圍為0～2 V或0～10 V，工作范圍大，且具有開(kāi)路或超限報(bào)警功能。它可以與電流型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流的輸出。但是，市面上絕大部分教材著作中，都未能對(duì)此展開(kāi)詳細(xì)論述。因此，本文將從電路分析的角度，詳細(xì)講解每一步接線的理由、功能[1]。

1 芯片引腳功能介紹和內(nèi)部原理電路

1.1 DAC1210

DAC1210原理圖，如圖1所示。VREF為參考電壓輸入端，是轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)，常用穩(wěn)壓電路產(chǎn)生；VCC為工作電壓輸入端；為數(shù)據(jù)輸入，可直接連到數(shù)據(jù)總線；和為互補(bǔ)的電流輸出端；RFB為片內(nèi)反饋電阻；ILE為輸入鎖存使能信號(hào)輸入端；和 為寫(xiě)命令輸入；BYTE1/BYTE2為字節(jié)控制信號(hào)（1：鎖存到12位鎖存器；0：鎖存到低四位鎖存器）。

實(shí)際上，DAC0832內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖1 DAC1210原理圖

圖2 DAC0832內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)圖

1.2 AD694

AD694典型的應(yīng)用電路，如圖3所示。圖中，1為FB，即緩沖放大器輸出引腳；2、3分別為-SIG、+SIG，即緩沖放大器的2個(gè)輸入引腳；4為2V FS，即輸入量程選擇引腳，低電平0～2 V，高電平0～10 V；6為4MA ADJ，即偏置電流微調(diào)端；7為10 V FORCE，即10 V參考電壓輸出端；8為2V SENSE，即7、8引腳短接，則得到2 V參考電壓；9為4MA ON/OFF，即低電平4～20 MA，輸出，高電平0～20MA輸出；11為IOUT，即電流輸出端。需要說(shuō)明的是，1、2短接構(gòu)成負(fù)反饋放大器；3腳為電壓輸入腳；9腳按地選擇0→4～20 MA輸出。

圖3 AD694典型應(yīng)用電路圖

2 配合使用電路結(jié)構(gòu)及原理分析

配合使用電路結(jié)構(gòu)及原理圖，如圖4所示。

圖4 配合使用電路結(jié)構(gòu)及原理圖

接線分析：要實(shí)現(xiàn)程控電流輸出，顯示應(yīng)通過(guò)總線接口中的數(shù)據(jù)總線DB送來(lái)電流值得數(shù)字量，這時(shí)經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換，理論上輸出：

若采用典型應(yīng)用電路中輸出接運(yùn)放實(shí)現(xiàn)I/V變換的方式，則根據(jù)前述，有：

又已知AD694輸出范圍為0～2 V或0～10 V，則在不加隔離的情況下，輸出電壓V0的范圍也應(yīng)為0～2 V或0～10 V，這對(duì)基準(zhǔn)電壓的精度提出了很高要求。若精度稍微下降，則最終輸出量就會(huì)明顯變化；若再考慮AD694輸入電阻和DAC1210輸出電阻非理想，則信號(hào)失真將更嚴(yán)重。

為此，采取圖4接線方式，巧妙地利用電路理論中的互易定理和電阻橋網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，將DAC1210的端加上一個(gè)2 V的基準(zhǔn)電壓。因?yàn)锳D694 7、8引腳正好為基準(zhǔn)電壓輸出，7、8腳相連時(shí)輸出2 V；加在端使其電壓穩(wěn)定在2 V，則把VREF端不當(dāng)作基準(zhǔn)電壓輸入，而當(dāng)作電壓輸出端[2]。于是，得到結(jié)論，即端輸出電壓大小為

（1）設(shè)僅SP11為1、其余全為0，根據(jù)電路理論，等效電路如圖5所示。

圖5 SP11等效電路圖

因?yàn)槌薙P11為1外，其余全為0，即模擬開(kāi)關(guān)均與地線連接。根據(jù)電阻等效原則，除SP11路電阻以外，其他等效電阻為R11=2R，有：

（2）設(shè)僅SP9為1、其余全為0，根據(jù)電路理論，等效電路如圖6所示。

圖6 SP9等效電路圖

除SP9外其余電阻都與地線連接，SP9右側(cè)等效電阻不難計(jì)算出：

（3）SP11為1、SP10為1、其余全為0，根據(jù)電路理論，等效電路如圖7所示。

圖7 SP10等效電路圖

SP10右側(cè)等效電阻R13=2R，有：

根據(jù)以上各情形不難歸納出結(jié)論成立。

式中D為數(shù)據(jù)總線送來(lái)數(shù)據(jù)值。(D/2n)*2為VREF的大小，因?yàn)锳D694把0～2 V電壓轉(zhuǎn)化為了4～20 mA的電流，I=8U+4，所以得到上述電流計(jì)算公式，電路完成了功能。

3 結(jié) 論

本文從接線原理和電路分析的角度，詳細(xì)介紹了DAC1210和AD694配合使用時(shí)的工作原理，同時(shí)給出了芯片介紹，對(duì)使用該電路具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)彌補(bǔ)了有關(guān)書(shū)籍的空白。