該 DAC161P997 是一種 16 位 ΣΔ 數(shù)字轉模擬轉換器（DAC），用于傳輸 模擬輸出電流通過行業(yè)標準的4-20 mA電流環(huán)路傳輸。它提供16位精度 輸出電流溫度系數(shù)較低（29 ppm/°C），且長期輸出優(yōu)異 在消耗低于190微安時，電流漂移（90 ppmFS）。
*附件：dac161p997.pdf

DAC161P997的數(shù)據(jù)鏈路是單線接口（SWIF），允許傳感器 數(shù)據(jù)需通過隔離邊界以數(shù)字格式傳輸，使用單一隔離 元件。DAC161P997的數(shù)字輸入兼容標準隔離變壓器， 光耦合器。SWIF協(xié)議中的錯誤檢測和握手功能確保無錯誤 跨越隔離邊界的溝通。對于不需要隔離的應用， DAC161P997直接與微控制器接口。

DAC161P997的環(huán)路驅動器與HART（公路可尋址遠程）接口 換能器）調制器，允許將FSK調制的數(shù)字數(shù)據(jù)注入4-20 mA電流中 圈。這種規(guī)格和功能的結合使DAC161P997非常適合2線和4線 工業(yè)發(fā)射機。

該DAC161P997采用16引足WQFN封裝，并基于擴展型 工業(yè)溫度范圍為-40°C至105°C。

特性

• 16位線性
• 單線接口（SWIF），配備握手
• 數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸（無保真度損失）
• 引腳可編程通電條件
• 自調節(jié)輸入數(shù)據(jù)率
• 環(huán)路錯誤檢測與重報告
• 可編程輸出電流誤差電平
• 無外部精密組件
• 與HART調制器的簡單接口
• 小型封裝：WQFN-16（4× 4毫米，0.5毫米間距）
• 鑰匙
  • 輸出電流溫度：29 ppmFS/°C（最大）
  • 長期輸出電流漂移：90 ppmFS（類型）
  • INL：3.3/–2.1 μA（最大）
  • 總供電電流：190 μA（最大）

應用

• 兩線，4-20 mA 電流環(huán)發(fā)射機
• 工業(yè)過程控制
• 執(zhí)行器控制
• 工廠自動化
• 建筑自動化
• 精密儀器
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
• 測試系統(tǒng)

參數(shù)

方框圖

DAC161P997 是德州儀器（TI）推出的一款 16 位高精度 ΣΔ 架構 DAC，專為工業(yè)標準 4-20mA 電流環(huán)路傳輸設計，采用單線接口（SWIF）實現(xiàn)數(shù)字數(shù)據(jù)隔離傳輸，集成誤差檢測與報警功能，適用于工業(yè)過程控制、執(zhí)行器控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等場景，尤其適配需要長期穩(wěn)定性與低功耗的環(huán)路供電變送器。

一、芯片基礎信息與核心特性

1. 基礎規(guī)格

• 文檔與型號 ：文檔編號 SNAS515G，2011 年 7 月發(fā)布、2014 年 12 月修訂；僅一款核心型號，提供 16 引腳 WQFN 封裝選項。
• 供電與溫度 ：模擬電源（VA）與數(shù)字電源（VD）共用 2.7V-3.6V 供電，無電源上電順序要求；工作溫度 - 40°C 至 105°C，存儲溫度 - 65°C 至 150°C，滿足寬溫工業(yè)環(huán)境需求。
• 封裝與散熱 ：4mm×4mm 16 引腳 WQFN 封裝，結到環(huán)境熱阻 35°C/W，底部裸露焊盤（DAP）需焊接至 PCB 公共節(jié)點（COMA/COMD），兼顧散熱與抗干擾性能。

2. 核心性能指標

• 分辨率與精度 ：16 位分辨率，INL 最大 ±3.3μA，DNL 最大 ±0.2μA，總未調整誤差（TUE）±0.23% FS；偏移誤差 ±9.16μA，增益誤差 ±0.22% FS，長期漂移僅 90ppmFS，穩(wěn)定性優(yōu)異。
• 輸出與動態(tài)性能 ：環(huán)路輸出電流范圍 0.18mA-24mA，標準 4-20mA 工作區(qū)間；輸出阻抗 100MΩ，1kHz 輸出噪聲密度 20nA/√Hz，1Hz-1kHz 積分噪聲 300nA RMS；增益溫度系數(shù)最大 29ppmFS/°C，偏移溫度系數(shù)最大 138nA/°C，溫漂特性出色。
• 功耗與接口 ：總供電電流最大 190μA，低功耗適配環(huán)路供電場景；單線接口（SWIF）支持 0.3kHz-19.2kHz 符號率，兼容隔離變壓器與光耦，支持雙向握手通信。
• ESD 與可靠性 ：人體放電模型（HBM）±5500V，帶電器件模型（CDM）±1250V，靜電防護能力強；支持 60V 引腳間最大電壓，滿足工業(yè)級電氣防護要求。

二、關鍵功能模塊與工作原理

1. 核心功能模塊

• 高精度電流輸出與環(huán)路驅動 ：
  • 采用 ΣΔ 調制架構，輸出電流脈沖經片外三階 RC 低通濾波后，通過外部 NPN 晶體管（推薦 2N3904）放大為 4-20mA 環(huán)路電流，輸出電流與輸入碼值關系為ILOOP?**=(DACCODE**/216**)×24mA**。
  • 支持環(huán)路供電與自供電兩種模式，環(huán)路供電模式最小輸出電流約 400μA，自供電模式最小約 200μA，適配不同供電場景。
• 單線接口（SWIF） ：
  • 支持單線隔離傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，兼容變壓器、光耦等隔離器件，可實現(xiàn)雙向通信（數(shù)據(jù)傳輸 + 確認應答），支持幀校驗與通道活性檢測，確保隔離邊界無差錯通信。
  • 幀格式包含標簽位、16 位數(shù)據(jù)載荷與 2 位校驗位，支持 DAC 輸出碼配置與寄存器配置兩種幀類型，符號率與占空比可編程適配不同傳輸需求。
• 誤差檢測與報警 ：
  • 集成環(huán)路故障、通道失效、奇偶校驗錯誤、幀錯誤四類檢測功能，通過 ERRB 引腳（低有效）報警，同時輸出報警電流（低于 4mA 或高于 20mA，由 ERRLVL 引腳選擇區(qū)間）。
  • 報警電流值可通過寄存器（ERR_LOW/ERR_HIGH）編程，默認低報警電流 3375μA，高報警電流 21750μA。

2. 工作原理

• 數(shù)字數(shù)據(jù)通過 SWIF 接口傳入后，經解碼與校驗存入 DACCODE 寄存器或配置寄存器；ΣΔ 調制器將 16 位數(shù)字碼轉換為電流脈沖序列，經 RC 濾波后得到平滑電流，再通過內部放大環(huán)路與外部 NPN 晶體管協(xié)作，生成穩(wěn)定的 4-20mA 環(huán)路輸出電流。
• 誤差檢測模塊實時監(jiān)控環(huán)路狀態(tài)與通信鏈路，當檢測到故障時，立即切換輸出至報警電流區(qū)間并拉低 ERRB 引腳；故障解除后自動恢復至之前的有效輸出水平。

三、應用場景與設計建議

1. 典型應用

• 工業(yè)過程控制 ：作為環(huán)路變送器核心，將傳感器數(shù)字信號轉換為 4-20mA 標準電流信號，用于壓力、溫度、流量等參數(shù)傳輸。
• 執(zhí)行器控制與數(shù)據(jù)采集 ：適配需要遠程供電與信號傳輸一體化的執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集終端，利用環(huán)路電流同時實現(xiàn)供電與信號傳輸。

2. 設計注意事項

• 電源與去耦 ：VA/VD 引腳需就近并聯(lián) 0.1μF X7R 陶瓷去耦電容，若電源距離芯片超過數(shù)英寸，需額外增加 10μF-22μF 電解電容作為 bulk 電容，降低電源噪聲。
• 輸出與環(huán)路設計 ：
  • 外部需搭配 NPN 晶體管（如 2N3904）與 22Ω 發(fā)射極退化電阻，穩(wěn)定晶體管跨導，避免輸出電流隨負載變化；環(huán)路電源需通過線性穩(wěn)壓器或開關穩(wěn)壓器降壓至 3.6V 以內，穩(wěn)壓器靜態(tài)電流會影響最小環(huán)路電流。
  • 片外需配置 C1/C2/C3 三只匹配電容（推薦 2.2nF），構成三階低通濾波，兼顧輸出平滑性與響應速度；若需注入 HART 信號（1-2kHz），需優(yōu)化濾波電容參數(shù)以滿足 60dB 信號抑制要求。
• 布局與隔離 ：
  • 模擬地（COMA）與數(shù)字地（COMD）需短接為公共地，C1/C2/C3 電容盡量靠近芯片引腳，減少走線電感；SWIF 接口隔離器件（變壓器 / 光耦）需遠離模擬區(qū)域，避免干擾。
  • 底部裸露焊盤（DAP）必須焊接至 PCB 公共節(jié)點，增強散熱與接地連續(xù)性；環(huán)路電流走線需遠離數(shù)字信號線，降低串擾。
• 接口與配置 ：
  • SWIF 接口推薦使用 T1/E1 telecom 變壓器（如 Pulse TX1491、Coilcraft S5394-CLB）實現(xiàn)隔離，數(shù)字側需配置 DC 阻斷電容與阻尼電阻，避免信號振蕩。
  • 上電后需通過 SWIF 配置寄存器，啟用必要的誤差檢測功能（如環(huán)路故障、奇偶校驗），并根據(jù)需求設定報警電流值，確保故障可監(jiān)測。

四、關鍵配置與操作要點

1. 核心功能配置

• 工作模式配置 ：
  • 環(huán)路輸出：通過 SWIF 發(fā)送 DAC 幀（標簽位 0）配置 16 位 DACCODE，對應 4-20mA 輸出；默認 0x2AAA 對應 4mA，0xD555 對應 20mA。
  • 報警配置：通過 ERRLVL 引腳選擇報警電流區(qū)間（低 / 高），通過 ERR_LOW（0x04 地址）與 ERR_HIGH（0x05 地址）寄存器編程具體報警電流值。
• 接口與誤差檢測 ：
  • SWIF 配置：通過 CONFIG2 寄存器（0x02 地址）啟用應答（ACK_EN）、幀錯誤（FRAME）、校驗錯誤（PARITY）等功能，通過 CONFIG3 寄存器（0x03 地址）設定錯誤計數(shù)閾值。
  • 寄存器解鎖：需先寫入 0x95 至 LCK 寄存器（0x00 地址）解鎖配置寄存器，配置完成后寫入任意值鎖定，防止誤修改。

2. 操作流程

• 上電初始化 ：電源穩(wěn)定后，芯片自動進入默認狀態(tài)，輸出報警電流；需通過 SWIF 發(fā)送復位幀（CONFIG1 寄存器 0x01 地址 RST 位）或有效數(shù)據(jù)幀，解除報警狀態(tài)。
• 數(shù)據(jù)傳輸 ：Master 通過 SWIF 發(fā)送 DAC 幀更新輸出電流，或發(fā)送配置幀修改寄存器參數(shù)；支持連續(xù)模式（幀連續(xù)傳輸）與突發(fā)模式（幀間隔傳輸），突發(fā)模式可降低功耗。
• 故障處理 ：檢測到故障時，ERRB 引腳拉低，輸出切換至報警電流；Master 需讀取故障狀態(tài)并排查問題，故障解除后芯片自動恢復正常輸出，無需額外復位。