在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能直接影響著系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天，我們就來(lái)深入探討一下TI公司的DAC8812，這是一款雙路、串行輸入的16位乘法型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，具有諸多出色的特性。

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一、特性與應(yīng)用

1.1 特性亮點(diǎn)

• 高精度：相對(duì)精度最高可達(dá)1 LSB（DAC8812C型號(hào)），差分非線性度最大為1 LSB，能為系統(tǒng)提供精確的模擬輸出。
• 寬電壓范圍：可在2.7 - 5.5 V的單電源下工作，適用范圍廣泛。
• 快速響應(yīng)：0.5 μs的建立時(shí)間，能快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。
• 豐富的功能：具有獨(dú)立的參考輸入、雙緩沖寄存器、SPI兼容的3線接口、內(nèi)部上電復(fù)位等功能，方便與微控制器連接和實(shí)現(xiàn)多通道同步更新。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

DAC8812適用于多種領(lǐng)域，如自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、儀器儀表、數(shù)字控制校準(zhǔn)等。在這些應(yīng)用中，其高精度和快速響應(yīng)的特性能夠確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確測(cè)量和控制。

二、規(guī)格參數(shù)

2.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。DAC8812的最大結(jié)溫為150°C，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C，各引腳的電壓和電流也有相應(yīng)的限制。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保器件工作在這些額定值范圍內(nèi)，避免因過(guò)壓、過(guò)流等情況導(dǎo)致器件損壞。

2.2 ESD 評(píng)級(jí)

該器件的人體模型（HBM）靜電放電電壓可達(dá) +4000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±1000 V。雖然有一定的靜電防護(hù)能力，但在使用過(guò)程中仍需注意靜電防護(hù)，避免因靜電放電對(duì)器件造成損害。

2.3 推薦工作條件

推薦的電源電壓范圍為2.7 - 5.5 V，工作環(huán)境溫度為 -40°C 至 85°C。在這些條件下，器件能夠發(fā)揮最佳性能。

2.4 電氣特性

• 靜態(tài)性能：分辨率為16位，不同型號(hào)的相對(duì)精度有所差異（DAC8812B為 +2 LSB，DAC8812C為 ±1 LSB），輸出泄漏電流、滿量程增益誤差等參數(shù)也有明確的規(guī)定。
• 參考輸入：參考電壓范圍為 -15 V 至 15 V，輸入電阻為 4 - 6 kΩ，通道間輸入電阻匹配精度為 1%。
• 模擬輸出：輸出電流在數(shù)據(jù)為 FFFFh 時(shí)為 1.6 - 2.5 mA，輸出電容與代碼有關(guān)。
• 邏輯輸入：輸入低電壓和高電壓根據(jù)電源電壓不同而有所變化，輸入泄漏電流最大為 1 μA。

2.5 交流特性

包括輸出電壓建立時(shí)間、DAC 毛刺脈沖、參考乘法帶寬、總諧波失真等參數(shù)。這些參數(shù)反映了器件在交流信號(hào)處理方面的性能，對(duì)于需要處理動(dòng)態(tài)信號(hào)的應(yīng)用非常重要。

三、詳細(xì)描述

3.1 功能框圖

DAC8812內(nèi)部包含兩個(gè)16位的電流輸出型DAC，每個(gè)DAC都有獨(dú)立的乘法參考輸入。通過(guò)雙緩沖寄存器和SPI兼容的3線接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和多通道同步更新。

3.2 特性描述

3.2.1 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換

DAC采用電流導(dǎo)向的R - 2R梯形結(jié)構(gòu)，每個(gè)DAC都有一個(gè)匹配的反饋電阻，與外部I - V轉(zhuǎn)換器放大器配合使用。輸出電壓由參考電壓和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)決定，公式為 $V{OUT }=-V{REF } × \frac{D}{65536}$，輸出極性與參考電壓極性相反。該DAC還能處理交流參考輸入信號(hào)，參考電壓輸入范圍為 -15 V 至 15 V，輸入電阻為 5 kΩ ±20%。在選擇外部放大器時(shí)，需要考慮DAC輸出阻抗的變化，對(duì)于乘法模式應(yīng)用，可能需要外部反饋補(bǔ)償電容來(lái)提供臨界阻尼輸出響應(yīng)。

3.2.2 上電復(fù)位

上電時(shí)，內(nèi)部復(fù)位脈沖會(huì)根據(jù)MSB引腳的電壓將輸入和DAC寄存器置為零代碼狀態(tài)或中值代碼狀態(tài)。為了保證復(fù)位效果的一致性，電源電壓應(yīng)具有平滑的正斜坡，避免在 1.5 - 2.3 V 范圍內(nèi)出現(xiàn)下垂。

3.3 器件功能模式

3.3.1 串行數(shù)據(jù)接口

采用3線SPI兼容的串行數(shù)據(jù)接口，以18位數(shù)據(jù)字格式將數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到串行輸入寄存器，MSB位先加載。只有最后18位數(shù)據(jù)（地址 + 數(shù)據(jù)）在CS引腳上升沿時(shí)被處理，內(nèi)部生成的加載脈沖將串行寄存器數(shù)據(jù)傳輸?shù)接傻刂肺籄1和A0解碼的DAC輸入寄存器。如果不需要雙緩沖數(shù)據(jù)，可將LDAC引腳接地以禁用DAC寄存器。

3.3.2 控制邏輯

通過(guò)CS、CLK、LDAC、RS和MSB等引腳的不同組合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串行移位寄存器、輸入寄存器和DAC寄存器的控制。例如，RS引腳可以將所有寄存器置為零代碼狀態(tài)（MSB = 0）或中值代碼狀態(tài)（MSB = 1）。

四、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

4.1 應(yīng)用信息

該設(shè)計(jì)采用DAC8812的一個(gè)通道，后面跟隨一個(gè)四象限乘法電路，將MDAC的電流輸出轉(zhuǎn)換為對(duì)稱的雙極性電壓。通過(guò)跨阻放大器將電流轉(zhuǎn)換為電壓，再通過(guò)求和放大器施加偏移電壓。

4.2 典型應(yīng)用

4.2.1 設(shè)計(jì)要求

使用乘法型DAC需要一個(gè)輸入失調(diào)電壓最小的跨阻放大器，外部電阻的公差應(yīng)盡可能小，以確保最佳性能。求和放大器也需要低輸入失調(diào)電壓和足夠的壓擺率。

4.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

首先，通過(guò)跨阻放大器將MDAC的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓。然后，將MDAC參考電壓和跨阻放大器的輸出連接到求和放大器的反相輸入端，輸出電壓由公式 $V{OUT }( Code )=\left(\frac{R{FB 2}}{R{G 1}} × \frac{V{REF } × Code }{2^{bits }}\right)-\left(\frac{R{FB 2}}{R{G 2}} × V_{REF }\right)$ 確定。

4.2.3 應(yīng)用曲線

從輸出電壓與代碼的關(guān)系曲線以及輸出誤差與代碼的關(guān)系曲線可以看出，隨著輸出代碼的增加，誤差會(huì)逐漸增大，這是由于DAC增益誤差的貢獻(xiàn)增加所致。

五、電源供應(yīng)與布局建議

5.1 電源供應(yīng)

DAC8812可在2.7 - 5.5 V的電源電壓范圍內(nèi)工作，電源應(yīng)具有良好的穩(wěn)壓性能和低噪聲。建議在 $V_{DD}$ 引腳附近添加100 - pF 至 1 - nF 的電容和 0.1 - μF 至 1 - μF 的旁路電容，以進(jìn)一步降低電源噪聲。

5.2 布局建議

5.2.1 布局準(zhǔn)則

作為精密模擬組件，DAC8812需要精心的布局、足夠的旁路電容和干凈穩(wěn)定的電源。該器件有三個(gè)接地引腳，模擬地和數(shù)字地應(yīng)分別連接到模擬地平面和數(shù)字地平面，并在電源入口處連接。$V_{DD}$ 應(yīng)連接到獨(dú)立的電源平面或走線，直到模擬和數(shù)字電源在電源入口處連接。同時(shí)，強(qiáng)烈建議添加旁路電容，必要時(shí)可使用額外的濾波措施。此外，補(bǔ)償電容可用于減輕放大器輸出電壓在大代碼變化時(shí)的過(guò)沖現(xiàn)象。

5.2.2 布局示例

提供的布局示例展示了DAC8812的合理布局方式，有助于工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中參考。

六、總結(jié)

DAC8812以其高精度、寬電壓范圍、快速響應(yīng)等特性，成為了許多電子系統(tǒng)中的理想選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分了解其規(guī)格參數(shù)、功能特性和應(yīng)用要求，合理選擇電源和布局方案，以確保器件能夠發(fā)揮最佳性能。同時(shí)，注意靜電防護(hù)等細(xì)節(jié)問(wèn)題，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助大家更好地掌握DAC8812的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。你在使用DAC8812的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。