AD694与电流型D/A转换配合使用原理分析

王家豪

（合肥工业大学 电气工程与自动化工程学院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

DAC1210是一种内部带有数据输入寄存器的12位D/A转换器，采用低功耗CMOS工艺制成，芯片内有R-2R梯形电阻网络，用于对参考电压产生的电流进行分流，完成模数转换，结果为一组差动电流IOUT1和IOUT2输出。为了输出模拟电压，输出端通常加I/V转换电路。AD694是一款集成V/I转换器，可接受高电平信号输入以驱动4～20 mA、0～20 mA的电流输出，输入电压范围为0～2 V或0～10 V，工作范围大，且具有开路或超限报警功能。它可以与电流型D/A转换器直接配合使用，实现程控电流的输出。但是，市面上绝大部分教材著作中，都未能对此展开详细论述。因此，本文将从电路分析的角度，详细讲解每一步接线的理由、功能[1]。

1 芯片引脚功能介绍和内部原理电路

1.1 DAC1210

DAC1210原理图，如图1所示。VREF为参考电压输入端，是转换的基准，常用稳压电路产生；VCC为工作电压输入端；为数据输入，可直接连到数据总线；和为互补的电流输出端；RFB为片内反馈电阻；ILE为输入锁存使能信号输入端；和 为写命令输入；BYTE1/BYTE2为字节控制信号（1：锁存到12位锁存器；0：锁存到低四位锁存器）。

实际上，DAC0832内部电阻网络如图2所示。

图1 DAC1210原理图

图2 DAC0832内部电阻网络图

1.2 AD694

AD694典型的应用电路，如图3所示。图中，1为FB，即缓冲放大器输出引脚；2、3分别为-SIG、+SIG，即缓冲放大器的2个输入引脚；4为2V FS，即输入量程选择引脚，低电平0～2 V，高电平0～10 V；6为4MA ADJ，即偏置电流微调端；7为10 V FORCE，即10 V参考电压输出端；8为2V SENSE，即7、8引脚短接，则得到2 V参考电压；9为4MA ON/OFF，即低电平4～20 MA，输出，高电平0～20MA输出；11为IOUT，即电流输出端。需要说明的是，1、2短接构成负反馈放大器；3脚为电压输入脚；9脚按地选择0→4～20 MA输出。

图3 AD694典型应用电路图

2 配合使用电路结构及原理分析

配合使用电路结构及原理图，如图4所示。

图4 配合使用电路结构及原理图

接线分析：要实现程控电流输出，显示应通过总线接口中的数据总线DB送来电流值得数字量，这时经过DA转换，理论上输出：

若采用典型应用电路中输出接运放实现I/V变换的方式，则根据前述，有：

又已知AD694输出范围为0～2 V或0～10 V，则在不加隔离的情况下，输出电压V0的范围也应为0～2 V或0～10 V，这对基准电压的精度提出了很高要求。若精度稍微下降，则最终输出量就会明显变化；若再考虑AD694输入电阻和DAC1210输出电阻非理想，则信号失真将更严重。

为此，采取图4接线方式，巧妙地利用电路理论中的互易定理和电阻桥网络的相关知识，将DAC1210的端加上一个2 V的基准电压。因为AD694 7、8引脚正好为基准电压输出，7、8脚相连时输出2 V；加在端使其电压稳定在2 V，则把VREF端不当作基准电压输入，而当作电压输出端[2]。于是，得到结论，即端输出电压大小为

（1）设仅SP11为1、其余全为0，根据电路理论，等效电路如图5所示。

图5 SP11等效电路图

因为除了SP11为1外，其余全为0，即模拟开关均与地线连接。根据电阻等效原则，除SP11路电阻以外，其他等效电阻为R11=2R，有：

（2）设仅SP9为1、其余全为0，根据电路理论，等效电路如图6所示。

图6 SP9等效电路图

除SP9外其余电阻都与地线连接，SP9右侧等效电阻不难计算出：

（3）SP11为1、SP10为1、其余全为0，根据电路理论，等效电路如图7所示。

图7 SP10等效电路图

SP10右侧等效电阻R13=2R，有：

根据以上各情形不难归纳出结论成立。

式中D为数据总线送来数据值。(D/2n)*2为VREF的大小，因为AD694把0～2 V电压转化为了4～20 mA的电流，I=8U+4，所以得到上述电流计算公式，电路完成了功能。

3 结 论

本文从接线原理和电路分析的角度，详细介绍了DAC1210和AD694配合使用时的工作原理，同时给出了芯片介绍，对使用该电路具有重要的指导意义，同时弥补了有关书籍的空白。