在電子工程師的日常工作中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是一個(gè)至關(guān)重要的組件，它能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的一款優(yōu)秀的數(shù)模轉(zhuǎn)換器——DAC108S085。

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一、產(chǎn)品概述

DAC108S085是一款功能齊全的通用八通道10位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它的供電范圍非常寬，從+2.7V到+5.5V都能正常工作，在3V供電時(shí)功耗為1.95mW，5V供電時(shí)功耗為4.85mW，非常適合電池供電的設(shè)備。它有16引腳的WQFN和16引腳的TSSOP兩種封裝形式，其中WQFN封裝使它成為同類產(chǎn)品中體積最小的八通道DAC。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 確保單調(diào)性

這意味著當(dāng)輸入代碼增加時(shí)，DAC的輸出永遠(yuǎn)不會(huì)減小，保證了輸出的穩(wěn)定性和可靠性。在很多對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用中，這個(gè)特性非常關(guān)鍵。

2.2 低功耗運(yùn)行

低功耗是現(xiàn)代電子設(shè)備追求的重要指標(biāo)之一。DAC108S085在正常工作時(shí)功耗較低，在掉電模式下功耗更低，3V供電時(shí)掉電功耗為0.3μW，5V供電時(shí)為1μW，大大延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

2.3 軌到軌電壓輸出

輸出放大器支持軌到軌輸出擺幅，輸出電壓范圍能達(dá)到0V到(V_{A})，提供了更寬的輸出動(dòng)態(tài)范圍，能滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2.4 菊花鏈功能

允許使用單個(gè)串行接口與任意數(shù)量的DAC108S085進(jìn)行通信，方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展和集成。在需要多個(gè)DAC協(xié)同工作的大型系統(tǒng)中，這個(gè)功能可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

2.5 上電復(fù)位到0V

上電復(fù)位電路能確保DAC輸出在上電時(shí)為零伏，直到有有效寫入操作，增加了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2.6 同時(shí)輸出更新

可以同時(shí)更新所有八個(gè)DAC輸出，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和同步性。

2.7 獨(dú)立通道掉電功能

每個(gè)DAC通道都可以獨(dú)立掉電，并且有三種不同的終端選項(xiàng)可供選擇，進(jìn)一步降低了功耗。

2.8 寬電源范圍和雙參考電壓

電源范圍從+2.7V到+5.5V，雙參考電壓范圍為0.5V到(V_{A})，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

2.9 寬工作溫度范圍

工作溫度范圍為 -40°C到+125°C，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

三、關(guān)鍵規(guī)格

• 分辨率：10位，能提供較高的轉(zhuǎn)換精度。
• INL：±2 LSB（最大），表示積分非線性誤差，反映了實(shí)際輸出與理想直線的偏差程度，該值越小，精度越高。
• DNL：+0.35/-0.2 LSB（最大），即微分非線性誤差，描述了相鄰代碼之間的步長(zhǎng)偏差。
• 建立時(shí)間：6μs（最大），指輸入代碼更新后，輸出達(dá)到最終值的±1/2 LSB所需的時(shí)間，建立時(shí)間越短，DAC的響應(yīng)速度越快。
• 零代碼誤差：+15mV（最大），是輸入代碼為000h時(shí)的輸出誤差。
• 滿量程誤差：-0.75% FSR（最大），表示滿量程代碼輸入時(shí)的輸出誤差。

四、功能描述

4.1 DAC架構(gòu)

DAC108S085采用CMOS工藝制造，由開關(guān)和電阻串組成，后面跟著輸出緩沖器。參考電壓通過(V{REF1})和(V{REF2})外部施加，分別為通道A - D和通道E - H提供參考。輸入編碼為直二進(jìn)制，理想輸出電壓由公式(V{OUTA,B,C,D }=V{REF 1} \times(D / 1024))和(V{OUTE,F,G,H }=V{REF 2} \times(D / 1024))計(jì)算得出，其中D是輸入代碼的十進(jìn)制等效值。

4.2 輸出放大器

輸出放大器為軌到軌類型，能提供0V到(V{A})的輸出電壓范圍。不過，當(dāng)輸出接近電源軌時(shí)，線性度會(huì)有所損失。它能夠驅(qū)動(dòng)2kΩ與1500pF并聯(lián)的負(fù)載到地或(V{A})。

4.3 參考電壓

使用雙外部參考(V{REF1})和(V{REF2})，參考引腳無緩沖，輸入阻抗為30kΩ。建議使用低輸出阻抗的電壓源驅(qū)動(dòng)參考引腳，參考電壓范圍為0.5V到(V_{A})。

4.4 串行接口

采用三線接口，與SPI?、QSPI和MICROWIRE以及大多數(shù)DSP兼容，時(shí)鐘速率最高可達(dá)40MHz。一個(gè)有效的串行幀包含16個(gè)SCLK下降沿，寫序列從SYNC線拉低開始，數(shù)據(jù)在SCLK下降沿時(shí)鐘進(jìn)入16位串行輸入寄存器，最后SYNC線拉高完成寫操作。

4.5 菊花鏈操作

允許使用單個(gè)串行接口與多個(gè)DAC108S085通信。SCLK和SYNC在所有DAC108S085之間共享，前一個(gè)DAC的Dout連接到后一個(gè)DAC的DIN。在寫序列中，需要相應(yīng)數(shù)量的SCLK下降沿來將數(shù)據(jù)加載到所有DAC中，最后SYNC上升沿執(zhí)行編程功能。

4.6 串行輸入寄存器

有寫寄存器模式（WRM）和寫直通模式（WTM）兩種操作模式，以及三種特殊命令操作。WRM模式下，寫入DAC寄存器不會(huì)更新輸出；WTM模式下，寫入寄存器會(huì)同時(shí)更新輸出。特殊命令操作可以在任何模式下執(zhí)行，包括同時(shí)更新多個(gè)DAC輸出、單獨(dú)更新通道A輸出和廣播模式。

4.7 上電復(fù)位

上電復(fù)位電路在上電時(shí)將DAC寄存器清零，輸出電壓設(shè)置為0V，直到有有效寫序列。

4.8 掉電模式

有三種掉電模式，可選擇不同的輸出終端。掉電時(shí)，輸出放大器、電阻串和其他線性電路關(guān)閉，偏置發(fā)生器僅在所有通道都掉電時(shí)關(guān)閉。DAC寄存器內(nèi)容不受影響，掉電模式下功耗最低，喚醒時(shí)間通常為3μs（3V）和20μs（5V）。

五、應(yīng)用場(chǎng)景

5.1 電池供電儀器

低功耗和寬電源范圍使它非常適合電池供電的儀器，如便攜式測(cè)量設(shè)備、手持醫(yī)療設(shè)備等。

5.2 數(shù)字增益和偏移調(diào)整

可以精確調(diào)整數(shù)字信號(hào)的增益和偏移，提高系統(tǒng)的性能和精度。

5.3 可編程電壓和電流源

能夠提供可編程的電壓和電流輸出，滿足不同應(yīng)用對(duì)電源的需求。

5.4 可編程衰減器

可用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字衰減，且不會(huì)引入明顯的噪聲。

5.5 ADC的電壓參考

為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）提供穩(wěn)定的參考電壓，提高ADC的轉(zhuǎn)換精度。

5.6 傳感器電源電壓

為傳感器提供可調(diào)的電源電壓，優(yōu)化傳感器的輸出。

5.7 范圍檢測(cè)器

用于設(shè)置范圍檢測(cè)器的上下限。

六、編程與應(yīng)用電路

6.1 編程示例

• 同時(shí)更新DAC輸出：在WRM模式下，可以先分別編程多個(gè)DAC通道的寄存器，然后使用特殊命令同時(shí)更新所有通道的輸出。
• 獨(dú)立更新DAC輸出：將模式切換到WTM，任何DAC通道都可以在一步內(nèi)更新。通道A有特殊命令，無論在何種模式下都可以在一個(gè)命令中更新其輸出。

  6.2 參考電源選擇

  可以使用參考源作為參考輸入和/或電源電壓，如LM4132、LM4050、LP3985和LP2980等，這些器件各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇。

  6.3 雙極性操作

  通過外部電路可以實(shí)現(xiàn)雙極性輸出，輸出電壓范圍可達(dá)±5V，需要使用軌到軌放大器。

  6.4 可變電流源輸出

  通過添加運(yùn)算放大器，可以將DAC108S085轉(zhuǎn)換為可變電流源，能夠提供高達(dá)40mA的電流輸出。

  6.5 應(yīng)用電路示例

  包括工業(yè)應(yīng)用、ADC參考、可編程衰減器等，這些電路展示了DAC108S085在不同場(chǎng)景下的具體應(yīng)用。

七、布局、接地和旁路

為了獲得最佳的精度和最小的噪聲，PCB設(shè)計(jì)應(yīng)將模擬和數(shù)字區(qū)域分開，使用單獨(dú)的模擬和數(shù)字電源平面，最好使用單個(gè)接地平面。電源應(yīng)使用至少1μF和0.1μF的電容進(jìn)行旁路，避免模擬和數(shù)字信號(hào)交叉。

八、總結(jié)

DAC108S085是一款性能卓越、功能豐富的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有低功耗、寬電源范圍、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、參考電源和應(yīng)用電路，同時(shí)注意布局、接地和旁路等問題，以充分發(fā)揮其性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。