Texas Instruments DACx1401高電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 是引腳兼容的單通道緩沖式高電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 系列，具有集成的2.5V內(nèi)部基準(zhǔn)。這些設(shè)備具有指定的單調(diào)性，提供低于1LSB（最大值）的卓越線性度。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments DACx1401高電壓輸出DAC數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

DACx1401的雙極輸出電壓為±20V、±10V和±5V，滿量程單極輸出電壓為40V、10V和5V。DAC輸出范圍可編程。DACx1401集成了上電復(fù)位 (POR) 電路，可為DAC輸出供電，并使器件處于掉電模式，直到輸出啟用為止。

通過(guò)與支持1.7V至5.5V工作頻率的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微處理器和微控制器兼容的高速4線串行接口與器件進(jìn)行通信。Texas Instruments DACx1401的額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C，采用小型20引腳TSSOP封裝。

特性

• 出色性能：1 LSB INL/DNL（最大值）
• 1nVs超低毛刺脈沖能量
• 寬電源電壓范圍
  • 單極模式：+4.5V至+41.5V
  • 雙極模式：±4.5V至±21.5V
• 14個(gè)用戶可編程輸出范圍
  • ±5 V、±10 V、±20 V
  • 0V至5V、0V至10V、0V至20V、0V至40V
  • 20%超范圍（±20V和0V至40V除外）
• 集成10ppm/°C、2.5V精密基準(zhǔn)
• 可靠性特性
  • 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）
  • 故障引腳
• 50MHz、4線SPI兼容接口
  • 回讀
  • 菊花鏈
• 溫度范圍：-40 °C至+125 °C
• 20引腳TSSOP (PW) 封裝

功能框圖

高精度高壓輸出DAC技術(shù)解析：以DACx1401系列為例

一、引言

在半導(dǎo)體測(cè)試、工業(yè)自動(dòng)化控制以及精密儀器儀表領(lǐng)域，高精度數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)電壓輸出的核心部件。Texas Instruments推出的DAC61401(12位)和DAC81401(16位)系列高壓輸出DAC，以其卓越的線性度、靈活的電壓輸出范圍和集成化設(shè)計(jì)，為工業(yè)應(yīng)用提供了理想的解決方案。本文將基于官方數(shù)據(jù)手冊(cè)，深入解析該系列器件的技術(shù)特性與應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

二、產(chǎn)品核心特性

1. 卓越的精度性能

• ?超低非線性誤差?：最大僅1LSB的INL/DNL指標(biāo)，其中典型值可達(dá)±0.3LSB
• ?多分辨率選擇?：提供12位(DAC61401)和16位(DAC81401)兩種分辨率版本
• ?超低毛刺能量?：僅1nV-s的毛刺能量，確保輸出穩(wěn)定

2. 寬電壓輸出能力

• ?工作電源范圍?：
  • 單極性模式：+4.5V至+41.5V
  • 雙極性模式：±4.5V至±21.5V
• ?14種可編程輸出范圍?：
  • 雙極性：±5V、±10V、±20V（支持20%過(guò)范圍）
  • 單極性：0-5V、0-10V、0-20V、0-40V

3. 集成精密參考源

• 內(nèi)置2.5V基準(zhǔn)電壓源
• 低溫漂：10ppm/°C（最大值）
• 可驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載（最大5mA）

三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

1. 架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)與軌到軌輸出緩沖放大器的組合架構(gòu)。專用參考緩沖器為R-2R梯形提供恒定阻抗驅(qū)動(dòng)，生產(chǎn)工藝修調(diào)保證優(yōu)異的線性度和低毛刺特性。

2. 可編程增益輸出

通過(guò)內(nèi)部電阻增益網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)靈活的電壓輸出配置，增益因子根據(jù)輸出范圍從2.0到16.0可調(diào)。輸出電壓計(jì)算公式：

• ?單極性模式?：VOUT = VREFIO × GAIN × CODE/2^N
• ?雙極性模式?：VOUT = VREFIO × GAIN × (CODE/2^(N-1) - 1)

3. 可靠性增強(qiáng)設(shè)計(jì)

• 循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)確保數(shù)據(jù)傳輸完整性
• 故障指示引腳(FAULT)提供系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控
• 熱關(guān)斷保護(hù)（140°C觸發(fā)）

四、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 高電壓擴(kuò)展方案

當(dāng)需要超過(guò)±20V或0-40V的輸出時(shí)，可采用外部高壓增益級(jí)設(shè)計(jì)：

• 使用OPA593等高壓運(yùn)放構(gòu)建4倍增益級(jí)
• 需注意：
  • 補(bǔ)償電容選擇（470pF典型值）
  • 電源裕量設(shè)計(jì)（HV+ = VOUT_HVmax + 運(yùn)放裕量）
  • 保護(hù)電路（TVS管和鉗位二極管）

2. 布局指南

• 電源去耦：每個(gè)電源引腳就近放置0.1μF陶瓷電容+4.7-10μF鉭電容
• 地平面：為數(shù)字信號(hào)提供完整地參考平面
• 熱焊盤：WQFN封裝必須焊接至PCB以優(yōu)化熱性能

五、寄存器配置要點(diǎn)

器件通過(guò)靈活的4線SPI接口（最高50MHz）進(jìn)行配置，關(guān)鍵寄存器包括：

1. ?DACRANGE寄存器?：設(shè)置輸出范圍
   • 示例代碼：0x0005配置為±5V范圍
2. ?DACPWDWN寄存器?：控制DAC輸出使能
   • 0xFFFE使能輸出，0xFFFF關(guān)斷輸出
3. ?TRIGGER寄存器?：軟件復(fù)位與清除功能
   • 寫入0x0A00實(shí)現(xiàn)器件軟復(fù)位

六、性能優(yōu)化建議

1. ?參考源處理?：
   • 使用內(nèi)部參考時(shí)，VREFIO引腳需接150nF去耦電容
   • 外部參考輸入阻抗為50kΩ
2. ?負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力?：
   • 典型負(fù)載電流：±15mA（AVDD>5.5V時(shí)）
   • 容性負(fù)載：
     • 基本模式：最大2nF（CCOMP懸空）
     • 擴(kuò)展模式：最大1μF（需接470pF補(bǔ)償電容）
3. ?溫度管理?：
   • 注意功率耗散對(duì)結(jié)溫的影響
   • 熱阻參數(shù)：
     • TSSOP封裝：θJA=83.1°C/W
     • WQFN封裝：θJA=56.6°C/W

七、行業(yè)應(yīng)用展望

DACx1401系列憑借其高壓輸出能力和精密特性，特別適用于：

• ?半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備?：提供精確的可編程偏置電壓
• ?PLC/DCS系統(tǒng)?：模擬量輸出模塊的理想選擇
• ?伺服驅(qū)動(dòng)控制?：高精度參考電壓生成
• ?實(shí)驗(yàn)室儀器?：替代傳統(tǒng)笨重的線性電源