简介
本应用笔记探讨了如何从通用单电源单极数模
转换器 (DAC) 生成高电压、高电流、高性能双极输出。在模拟 IC 行业趋势转向单电源数模转换器 (DAC) 的情况下，本文阐述了外部
运算放大器如何将单极性 DAC 转变为通过添加电压基准来提供双极性操作以及所需的
电阻器。
走非传统路线
“上楼梯”一词来自同名电影、戏剧和书籍。这是一部以纽约市一所学校为背景的喜剧。标题让人想起一条惩罚学生爬上预留下来的楼梯的规则。对于年轻人来说，跑上楼梯或下降的自动扶梯总是一个巨大的诱惑。有人可能会说孩子“跳出了框框思考”或违反了规则，也许他就是这样。显然，他正在挑战预期或强制的流程、普遍的思维。他还展示了如何通过一些大胆的尝试，通过非常规的途径实现目标。这对我们工程师来说是一个教训。
有时，当我们设计模拟电路时，设计“元素”只是不想组合在一起。解决方案似乎异常难以捉摸。一个示例情况是当我们需要单极性 DAC 的双极性输出时。当今行业的趋势是向更小、更低功耗和更高性能的设备发展，这在解决解决方案问题时非常有用。然而，这种低电压、单极 DAC 无法直接在高性能、高电压、高电流或双极应用中运行。任何附加电路都不得降低 DAC 的性能。在这种情况下，是时候走上自动扶梯，尝试不同的东西了。我们向您展示如何通过添加高压运算
放大器从单极 DAC 产生双极输出。
修改“理想”单极性 DAC
一个简单的双极性输出电路如下所示。它包含一个单极 DAC、一个精密电压基准和一个精密运算放大器。
典型的双极输出工作电路。
该电路的输出功能可以通过对理想运算放大器做出两个常见假设来得出：
输入运放电流为0。
在稳定条件下，V+ 输入等于 V- 输入。
根据基尔霍夫电流定律，V 节点的方程为：
乳胶！编码：base64，XGZyYWN7Vl9SX0VfRi0oVi0pfXtSX0lfTl9WfSArXGZyYWN7Vl9PX1VfVC0gKFYtKX17Ul9GX0J9PTA=
求解 VOUT 方程 1 并将 V- 替换为 VDAC：
乳胶！编码：base64，Vl9PX1VfVCA9IFZfRF9BX0MgXHRpbWVzICgxICsgXGZyYWN7Ul9GX0J9e1JfSV9OX1Z9KS0gVl9SX0VfRiBcdGltZXMgKFxmcmFje1JfRl9CfXtSX0lfTl9WfSk=
事实上，我们已经导出了
差分放大器的方程，其中个元件是同相输入，第二个元件是反相元件，每个元件都有各自的增益。
由于 DAC 输出 乳胶！编码：base64，Vl9EX0FfQw==是输入代码和提供的参考电压的函数，因此公式 2 可重写为：
针对实际应用优化“理想”DAC
正如我们所见，转换我们理想的单极 DAC 很容易。然而，我们生活在现实世界中，没有什么是理想的。图 1 中的每个组件都有自己的精度水平，这些精度水平共同影响 DAC 的终输出精度。每个系统都必须根据应用所需的精度进行表征和校准。因此，即使您可能选择高精度 16 位 DAC，也应特别注意选择合适的电压基准、放大器和反馈电阻。哪个组件对不准确的影响？哪些参数对于双极应用关键？这些问题既不简单，也不微不足道。经验不足的工程师可能会惊讶地发现，即使是简单的电阻器对于这种设计修改也至关重要。
使非常规成为现实——所需的双极 DAC
单极、16 位、无缓冲 DAC 通过添加外部精密运算放大器即可执行双极操作。此类配置的两个示例是 16 位 MAX542 和 MAX5442 DAC，它们使用集成的 0.015%（值）匹配定标电阻 RFB 和 RINV，可轻松实现双极输出摆幅（图 2）。
这些 16 位 DAC 使用外部运算放大器提供双极输出。
使用这些 DAC 可以消除输出缓冲器的重复，节省 PCB 空间，并为我们的客户提供易于使用且经济高效的解决方案。
