In vielen Schaltungen für genaue Pegelanpassungen sind Differenz-Ausgänge erforderlich. Preiswerte D/A-Wandler haben jedoch meist massebezogene Ausgänge. Dieser Schaltungstipp beschreibt eine Möglichkeit, Differenz-Ausgänge an einem D/A-Wandler mit Stromausgang zu realisieren.

Der 8-Bit-D/A-Wandler AD5424 mit Stromausgang ist mit einer Verstärkerstufe beschaltet, die seinen massebezogenen Ausgang in einen Differenz-Ausgang wandelt. Damit der D/A-Wandler mit optimaler Leistung arbeitet, wird er an einer unipolaren Spannung betrieben. Da sich die Ausgangs-Impedanz mit dem Code ändert, ist eine Pufferung erforderlich.

Der DAC kann mit einer AC-Referenz im Bereich ±10 V arbeiten. In diesem Fall wird eine negative Spannung verwendet, um eine positive Ausgangsspannung zu erzeugen. Der Wandler wird mit 5 V versorgt und arbeitet in diesem Fall mit einer maximalen Update-Rate von 5 MSample/s. Die Widerstände R1 und R2 sind nur dann erforderlich, wenn die Verstärkung eingestellt werden soll.

Die Schaltung zum Umsetzen massebezogener in Differenz-Signale besteht aus zwei kreuzverschalteten Operationsverstärkern, die über die Rückkoppelwiderstände R5 und R6 als „Unity-Gain Follower“ konfiguriert sind. In diesem symmetrischen Schaltkreis treiben beide Operationsverstärker den jeweils anderen OPV über die Widerstände R7 und R8 als Inverter mit Eins-Verstärkung. Die Spannung am positiven Anschluss des Verstärkers A2 stellt die Gleichtaktspannung ein. Über die Widerstände R3 und R4 wird die Differenz-Amplitude gesteuert. Besondere Aufmerksamkeit muss der Bauhöhe des Operationsverstärkers und der Last-Impedanz gewidmet werden.

In Anwendungen mit nur einer Versorgungsspannung lassen sich D/A-Wandler mit Stromausgang im Reverse-Mode betreiben. Dabei wird eine 0,8-V-Referenz an I_OUTA gelegt und an V_REF steht eine Ausgangsspannung von 0 bis 0,8 V zur Verfügung. In dieser Konfiguration ergibt sich mit einer positiven Referenzspannung eine positive Ausgangsspannung. V_IN ist auf weniger als etwa 1 V begrenzt, da die Schalter in der DAC-Leiter keine identischen Source/Drain-Spannungen mehr aufweisen. Daraus resultiert, dass sich ihr Durchlasswiderstand verändert und höhere Spannungen die Linearität des D/A-Wandlers herabsetzen.

Der Ausgangsverstärker kann eine zusätzliche Verstärkung erzeugen. Der Rückkoppelwiderstand R_FB wird in dieser Schaltung nicht verwendet. Er ist deshalb mit I_OUTA verbunden, um Einflüsse durch Streukapazitäten zu verhindern. Da die Referenz eine variable Impedanz „sieht”, ist ein Puffer erforderlich. Die maximale Update-Rate ist auf 1,5 MSample/s begrenzt. Ein Zweifach-Oerationsverstärker kann verwendet werden, um den DAC-Eingang zu puffern und seine Ausgangsspannung zu verstärken.

Für Präzisionsanwendungen, die mit niedriger Geschwindigkeit arbeiten, sind ein niedriger Biasstrom, geringe Offsetspannung und Versorgung mit einer einzigen Spannung wichtig. Hierfür eignet sich der AD8628.

Für extrem schnelle Anwendungen sind Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (Slew Rate) und Bandbreite von Bedeutung. In diesen Fällen ist der AD8042 mit einer Bandbreite von 170 MHz und einer Anstiegsgeschwindigkeit von 225 V/μs am besten geeignet.

Der Autor: Liam Riordan, Analog Devices