12位DAC63001和DAC63002以及10位DAC53001和DAC53002（統(tǒng)稱為DACx300x）是一個(gè)引腳兼容的超低功耗、單通道和雙通道、緩沖電壓輸出和電流輸出智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）系列。DACx300x 器件支持 Hi-Z 掉電模式和斷電條件下的 Hi-Z 輸出。DAC輸出提供力檢測(cè)選項(xiàng)，用作可編程比較器和電流吸收器。多功能 GPIO、功能生成和 NVM 使這些智能 DAC 能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)處理器應(yīng)用和設(shè)計(jì)重用。這些設(shè)備會(huì)自動(dòng)檢測(cè) I^2^C、PMBus 和 SPI 接口，并包含內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。

這些智能DAC的功能集與微型封裝和超低功耗相結(jié)合，是陸地移動(dòng)無(wú)線電、脈搏血氧儀、筆記本電腦和其他電池供電應(yīng)用等應(yīng)用的絕佳選擇，用于偏置、校準(zhǔn)和波形生成。
*附件：dac53001.pdf

特性

• 具有靈活配置的可編程電壓或電流輸出：
  • 電壓輸出：
    • 1 LSB INL 和 DNL（10 位）
    • 1 倍、1.5 倍、2 倍、3 倍和 4 倍的收益
  • 電流輸出：
    • 1 LSB INL 和 DNL（8 位）
    • 單極性和雙極性輸出范圍選項(xiàng)，范圍為 25 μA 至 250 μA
• 35μA/通道 IDD在電壓輸出模式下
• 適用于所有通道的可編程比較器模式
• VDD關(guān)閉時(shí)的高阻抗輸出
• 高阻抗和電阻下拉掉電模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自動(dòng)檢測(cè) I^2^C、PMBus? 或 SPI 接口
  • 1.62伏伏IH的帶 V DD = 5.5 伏
• 通用輸入/輸出 （GPIO） 可配置為多種功能
• 預(yù)定義波形生成：正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波
• 用戶可編程非易失性存儲(chǔ)器 （NVM）
• 內(nèi)部、外部或電源作為參考
• 工作范圍廣：
  • 電源：1.8 V 至 5.5 V
  • 溫度：–40°C 至 +125°C
• 微型封裝：16引腳WQFN（3 mm × 3 mm）

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

DACx300x 是引腳兼容的超低功耗智能 DAC 家族，包含 4 個(gè)型號(hào)，核心差異體現(xiàn)在分辨率與通道數(shù)，均采用 3mm×3mm 16 引腳 WQFN（RTE 封裝），工作溫度覆蓋 - 40°C~125°C，結(jié)溫上限 150°C。器件集成非易失性存儲(chǔ)器（NVM）、內(nèi)部基準(zhǔn)源及自動(dòng)檢測(cè)的 I2C/SPI/PMBus 接口，支持?jǐn)嚯姼咦栎敵?、可編程比較器模式及波形生成，單通道電壓輸出模式功耗低至 35μA，適配空間受限、低功耗要求高的場(chǎng)景。

二、核心特性

1. 高精度模擬輸出性能

（1）電壓輸出模式

• 靜態(tài)指標(biāo) （典型值，TA=25°C，VDD=5.5V）：
  • 線性度：10 位型號(hào) INL/DNL±1LSB，12 位型號(hào) INL±4LSB、DNL±1LSB；
  • 增益 / 偏移誤差：增益誤差 ±0.5% FSR，偏移誤差 ±0.75% FSR，溫度系數(shù)分別為 ±0.0008% FSR/°C、±0.0003% FSR/°C；
  • 滿量程范圍：支持 1x/1.5x/2x/3x/4x 增益（內(nèi)部基準(zhǔn) 1.21V 時(shí)，最大輸出 4.84V），外部基準(zhǔn)或電源作為基準(zhǔn)時(shí)增益固定 1x，輸出范圍 0~VDD。
• 動(dòng)態(tài)指標(biāo) ：
  • 建立時(shí)間：20μs（1/4~3/4 量程，settling 到 10% FSR），增益 4x 時(shí) 25μs；
  • 噪聲性能：0.1Hz~10Hz 頻段噪聲電壓 50μVpp（1x 增益）、90μVpp（4x 增益），1kHz 噪聲密度 0.35μV/√Hz（1x 增益）；
  • 電源抑制比（PSRR）：DC 模式 0.25mV/V，AC 模式 - 68dB（50/60Hz 干擾）。

（2）電流輸出模式

• 靜態(tài)指標(biāo) （典型值，TA=25°C，輸出范圍 ±250μA）：
  • 分辨率：8 位（所有型號(hào)），INL/DNL±1LSB；
  • 輸出范圍：支持單極性（0 25μA/50μA/125μA/250μA 及負(fù)向范圍）、雙極性（±25μA ±250μA），偏移誤差 ±1.5% FSR，增益誤差 ±1.3% FSR；
  • 輸出阻抗：60MΩ（ midscale，負(fù)載電壓 VDD/2），輸出 compliance 電壓≥400mV（除 25μA 范圍為 200mV 外）。
• 動(dòng)態(tài)指標(biāo) ：
  • 建立時(shí)間：60μs（1/4~3/4 量程，settling 到 1LSB）；
  • 噪聲性能：0.1Hz~10Hz 頻段噪聲電流 150nApp，1kHz 噪聲密度 1nA/√Hz。

2. 靈活的接口與控制功能

（1）自動(dòng)檢測(cè)多接口

• 接口類型 ：上電后自動(dòng)識(shí)別 I2C/SPI/PMBus，識(shí)別后鎖定協(xié)議直至下一次上電；
  • I2C：支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、快速模式 +（1Mbps），A0 引腳可配置 4 個(gè)從機(jī)地址；
  • SPI：默認(rèn) 3 線模式（SCLK/SDI/SYNC），GPIO 可配置為 SDO 實(shí)現(xiàn) 4 線讀回，寫速率最高 50MHz，讀速率最高 2.5MHz；
  • PMBus：兼容電源管理命令（如 Turn On/Off、Margin High/Low），支持組命令與通信故障檢測(cè)（CML 標(biāo)志）。
• GPIO 多功能配置 ：可配置為 LDAC（加載 DAC 數(shù)據(jù)）、PD（掉電控制）、RESET（硬件復(fù)位）、STATUS（狀態(tài)輸出）等，支持邊緣 / 電平觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)處理器場(chǎng)景下的輸出控制。

（2）非易失性存儲(chǔ)器（NVM）

• 存儲(chǔ)內(nèi)容 ：用戶可將寄存器配置（如輸出模式、增益、掉電狀態(tài)）寫入 NVM，上電后自動(dòng)加載，支持 20000 次擦寫（-40°C~85°C）、1000 次擦寫（125°C），數(shù)據(jù) retention 50 年（25°C）；
• 故障 Dump ：觸發(fā)故障時(shí)自動(dòng)保存比較器狀態(tài)、DAC 數(shù)據(jù)至 NVM，便于事后診斷，存儲(chǔ)格式為 2 行 32 位數(shù)據(jù)（含狀態(tài)位與 DAC 代碼）。

3. 擴(kuò)展功能模式

（1）可編程比較器模式

• 工作原理 ：每個(gè)通道 FBx 引腳作為比較器輸入，OUTx 引腳作為輸出，支持推挽 / 開(kāi)漏輸出，可配置反相、滯回及窗口比較；
  • 滯回模式：通過(guò) DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW 寄存器設(shè)置閾值，支持鎖存比較器（復(fù)位需 RST-CMP-FLAG-X 位）；
  • 窗口模式：檢測(cè)輸入是否在兩個(gè)閾值之間，輸出結(jié)果可 latch 并映射到 GPIO，響應(yīng)時(shí)間 10μs（10%~90% 輸出）。
• 靜態(tài)指標(biāo) ：偏移誤差 ±5mV（全溫域），125°C 下 10 年漂移 4mV，輸入電壓范圍 0~VDD（FBx 高阻禁用時(shí)）。

（2）波形生成

• 內(nèi)置波形 ：支持正弦波、三角波、鋸齒波（含反向鋸齒波），每通道獨(dú)立配置；
  • 正弦波：24 個(gè)預(yù)編程點(diǎn) / 周期，頻率由 SLEW-RATE 決定（如 SLEW-RATE=4μs / 步時(shí)，頻率≈10.4kHz），支持 0°/90°/120°/240° 相位選擇；
  • 三角波 / 鋸齒波：由 MARGIN-HIGH/LOW 設(shè)定幅值范圍，頻率由步長(zhǎng)（132LSB）與步長(zhǎng)時(shí)間（4μs5.1ms）決定，支持線性 / 對(duì)數(shù)斜率。
• PWM 生成 ：三角波 / 鋸齒波與 FBx 輸入比較，可生成占空比可調(diào)的 PWM 信號(hào)，適配電機(jī)控制、LED 調(diào)光場(chǎng)景。

4. 低功耗與可靠性設(shè)計(jì)

• 功耗控制 ：
  • 正常模式：電壓輸出 35μA / 通道，電流輸出 18μA / 通道（單極性 25μA 范圍）、200μA / 通道（雙極性 250μA 范圍）；
  • 掉電模式：睡眠模式 28μA（內(nèi)部基準(zhǔn)關(guān)）、深度睡眠模式 3μA（僅 GPIO 喚醒），斷電時(shí)輸出高阻，漏電流≤500nA（VOUT≤5.5V）。
• ESD 防護(hù) ：人體放電模型（HBM）±2000V，帶電器件模型（CDM）±500V，符合工業(yè)級(jí)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；
• 電源序列 ：VDD 支持 1.7V~5.5V 寬范圍，外部基準(zhǔn)需在 VDD 之后上電，避免反向電壓損壞器件。

三、功能架構(gòu)與工作原理

1. 核心架構(gòu)

器件采用 “數(shù)字控制 - 模擬輸出 - 擴(kuò)展功能” 三層架構(gòu)，關(guān)鍵模塊如下：

• 數(shù)字控制層 ：含 SPI/I2C/PMBus 接口處理、NVM 控制器、GPIO 狀態(tài)機(jī)及寄存器映射，負(fù)責(zé)指令解析與配置存儲(chǔ)；
• 模擬輸出層 ：每通道含 DAC 梯形網(wǎng)絡(luò)、電壓緩沖器（電壓輸出）/ 壓流轉(zhuǎn)換器（電流輸出），支持內(nèi)部（1.21V）、外部或電源作為基準(zhǔn)；
• 擴(kuò)展功能層 ：集成比較器、波形生成器及掉電控制邏輯，比較器復(fù)用 FBx/OUTx 引腳，波形生成通過(guò)數(shù)字斜坡與 DAC 結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

2. 關(guān)鍵工作模式

• 電壓輸出模式 ：FBx 與 OUTx 短接構(gòu)成閉環(huán)，選擇基準(zhǔn)與增益后，輸出電壓由 DAC 代碼決定（如內(nèi)部基準(zhǔn) 1.21V、增益 4x 時(shí)，12 位滿量程輸出 4.84V）；
• 電流輸出模式 ：FBx 懸空以最小化漏電流，輸出電流由 8 位 DAC 代碼與范圍配置決定（如 ±250μA 范圍時(shí)，代碼 0 對(duì)應(yīng) - 250μA，255 對(duì)應(yīng) + 250μA）；
• 比較器模式 ：FBx 輸入外部信號(hào)，與 DAC 設(shè)定閾值比較，OUTx 輸出邏輯電平，支持滯回以抗干擾；
• 波形生成模式 ：通過(guò) FUNC-CONFIG-X 寄存器配置波形類型、步長(zhǎng)與步長(zhǎng)時(shí)間，DAC 自動(dòng)更新代碼生成連續(xù)波形。

四、電氣特性

1. 電源與電流特性

2. 基準(zhǔn)與噪聲特性

3. 時(shí)序特性（SPI 寫操作）

五、引腳配置與封裝

1. 封裝規(guī)格

• 物理參數(shù) ：3mm×3mm WQFN（RTE 封裝），16 引腳，引腳間距 0.5mm，最大高度 0.8mm；底部裸露熱焊盤（面積約 2mm×2mm）需焊接至 AGND，配合 2~4 個(gè) 0.3mm 散熱過(guò)孔，結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）49°C/W，結(jié)到板熱阻（RθJB）24.1°C/W；
• 可靠性 ：符合無(wú)鉛焊接要求，MSL 等級(jí) 1（260°C 峰值回流焊，無(wú)限期存儲(chǔ)），引腳鍍層為鎳鈀金（NIPDAU），兼容 RoHS。

2. 關(guān)鍵引腳分類

核心引腳按功能分為模擬輸入輸出、電源、數(shù)字控制及基準(zhǔn)四類，關(guān)鍵引腳功能如下：

六、典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)建議

1. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 電源電壓調(diào)節(jié)（Margining） ：通過(guò) DAC 輸出控制 DC/DC 轉(zhuǎn)換器反饋端，實(shí)現(xiàn) ±10% 電壓調(diào)節(jié)（如 3.3V 電源調(diào)節(jié)至 2.97V~3.63V），利用 Hi-Z 掉電模式避免電源擾動(dòng)；
• 脈搏血氧儀 ：電流輸出模式提供 25μA~250μA 可編程激勵(lì)電流，驅(qū)動(dòng) LED 光源，配合比較器檢測(cè)光電流閾值；
• 波形發(fā)生器 ：生成正弦波（如 10kHz）或三角波，作為測(cè)試設(shè)備激勵(lì)信號(hào)，通過(guò) NVM 保存波形參數(shù)，上電自動(dòng)啟動(dòng)。

2. 設(shè)計(jì)建議

（1）電源與基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

• 電源 decoupling ：VDD 引腳就近并 0.1μF 陶瓷電容（高頻）+1μF 鉭電容（低頻），CAP 引腳并 1.5μF 陶瓷電容（推薦 X5R/X7R 材質(zhì)），VREF 引腳并 0.1μF 電容（外部基準(zhǔn)時(shí)）；
• 基準(zhǔn)選擇 ：高精度場(chǎng)景用內(nèi)部基準(zhǔn)（1.21V，溫漂 50ppm/°C），寬輸出范圍場(chǎng)景用 VDD 作為基準(zhǔn)（需保證 VDD 紋波≤10mV），外部基準(zhǔn)需確保電壓≤VDD 且后于 VDD 上電。

（2）模擬輸出設(shè)計(jì)

• 電壓模式 ：OUTx 與 FBx 短接（推薦 0Ω 電阻），負(fù)載電阻≥5kΩ，電容負(fù)載≤200pF（如需更大負(fù)載，需外部緩沖）；
• 電流模式 ：FBx 懸空，負(fù)載電壓≤VDD-0.4V（確保輸出 compliance），避免 OUTx 短路至 AGND/VDD（短路電流最大 60mA，需限流）。

（3）PCB 布局

• 分區(qū)布局 ：模擬區(qū)（OUTx、FBx、VREF）與數(shù)字區(qū)（SPI/I2C 引腳）分離，AGND 與 DGND 單點(diǎn)連接，避免地彈噪聲；
• 熱設(shè)計(jì) ：裸露熱焊盤與 AGND 平面完全覆蓋焊接，添加 2~4 個(gè) 0.3mm 散熱過(guò)孔，確保結(jié)溫不超過(guò) 125°C（長(zhǎng)期使用）；
• EMC 優(yōu)化 ：時(shí)鐘信號(hào)（SCLK）遠(yuǎn)離模擬引腳，長(zhǎng)度匹配誤差≤5mm，關(guān)鍵模擬引腳（VREF、OUTx）添加 RC 濾波（如 1kΩ 電阻 + 10nF 電容）。