利用 R/C 滤波器实现 DAC 去干扰电路

liyf

在路上似乎到处都有令人讨厌的减速带，在行车道和停车场，随处可见它们的身影。尽管它们的尺寸大小不一，但都一样不讨人喜欢。碰到这些减速带时，您可以选择减速通过以减少对车辆的磨损，也可以退回去，但最好的办法是绕过去。
昨天，在我减速通过一条讨厌的减速带时，突然想到了我的那个精密型 16 位 R-2R DAC。它在中间刻度时存在短时脉冲波形干扰问题（请参见图 1）。我想，在选择使用具有较大短时脉冲波形干扰特性的 DAC 时，可以在 DAC 输出端添加一些去干扰电路，从而减少干扰的影响。两种常见的 DAC 去干扰电路是简单的低通滤波器（相当于一种减速方法），以及采样/保持电路（相当于“绕过”干扰）。这两种去干扰电路都可以降低干扰振幅，或者去除干扰能量。



图 1 16 位 DAC 产生的讨厌干扰
最简单的 DAC 去干扰方法是在 DAC 放大器输出端 (VOUT) 使用一个 R/C 滤波器（图 2 底部）。这种滤波器可以降低干扰的振幅，但增加了建立时间。
图2顶部的曲线为DAC负载DAC（LDAC）引脚的信号。利用DIN（数据输入）引脚和CLK（时钟引脚），便能够以串行方式将一个数据字载入到 DAC 中。一旦DAC 有了全部的数据，LDAC 引脚的升沿便将数据字载入内部 DAC 寄存器。这样便改变了 DAC 输出电压。中间的曲线表示测得的 DAC 输出中间刻度模拟干扰。底部曲线表示使用一个 R/C 低通滤波器后测得的模拟信号。



图 2 R-2R DAC8881 (Vref = 5V, AVDD = 5V) 中间刻度转码
一般而言，这个过程会比较顺利。在您增加（或者减小）数据码值时，输出电压也随之上升（或者下降）。但在四分之一和四分之三中间刻度处，DAC 会产生干扰。中间刻度干扰最大。
要想确定正确的 R/C 比，首先要查看干扰时间，然后给您的滤波器选择一个 3dB点，其比干扰频率低 10 倍左右。
例如，图 2 中干扰时间约为 1 μsec，经过转换得到 1 MHz 干扰时间。由这种估算，我们知道图 2 中的 R/C 值构建了一个 80 kHz 低通滤波器。在选择您的 R/C 值时，请确定 R 足够的低，以避免出现载入误差。
这种 R/C 滤波器解决了 R-2R DAC 干扰问题，但它也并非是一顿“免费的午餐”。正如您在图 2 底部曲线所看到的那样，R/C 滤波器延长了 DAC 的建立时间输出信号。
根据您不同的应用要求，简单的R/C滤波器都可以奏效。如果系统要求一个有干扰问题的R-2R DAC，则开关电容解决方案结合 R/C 滤波器可能会是一种解决方案。
参考文献
? 《把短时脉冲波形干扰这个小捣蛋鬼找出来》，作者：Baker,Bonnie
? 《一个 DAC 便可完成所有精密工作》，作者：Baker,Bonnie