在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）是不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討德州儀器（Texas Instruments）推出的DAC8814，一款四通道、串行輸入的16位乘法型數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器。

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產(chǎn)品概述

DAC8814專(zhuān)為在單 +2.7 - 5.0V電源下工作而設(shè)計(jì)，它包含四個(gè)獨(dú)立的16位電流輸出DAC，每個(gè)DAC都有自己獨(dú)立的乘法參考輸入。該轉(zhuǎn)換器具有出色的性能指標(biāo)，如最大1 LSB的相對(duì)精度和差分非線(xiàn)性度，2 mA的滿(mǎn)量程電流（(V_{REF}= \pm 10 V)時(shí)），0.5 μs的建立時(shí)間等，適用于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、儀器儀表以及數(shù)字控制校準(zhǔn)等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

關(guān)鍵特性分析

靜態(tài)性能

• 分辨率：16位的分辨率確保了能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的模擬輸出，滿(mǎn)足大多數(shù)高精度應(yīng)用的需求。
• 相對(duì)精度和差分非線(xiàn)性度：DAC8814C型號(hào)的相對(duì)精度和差分非線(xiàn)性度最大為±1 LSB，而DAC8814B型號(hào)的相對(duì)精度最大為±4 LSB，差分非線(xiàn)性度最大為±1.5 LSB。這使得轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過(guò)程中能夠保持較高的線(xiàn)性度，減少誤差。
• 輸出泄漏電流：在數(shù)據(jù)為0000h且環(huán)境溫度為25°C時(shí)，輸出泄漏電流僅為10 nA，這意味著在低電平輸出時(shí)，轉(zhuǎn)換器的功耗非常低，有利于提高系統(tǒng)的能效。

參考輸入特性

• 參考電壓范圍：參考輸入電壓范圍為 -15 V至 +15 V，這使得DAC8814能夠適應(yīng)不同的參考電壓源，增加了其應(yīng)用的靈活性。
• 輸入電阻和匹配：輸入電阻典型值為5 kΩ，通道間的輸入電阻匹配誤差不超過(guò)1%，保證了各個(gè)通道的參考輸入一致性。

模擬輸出特性

• 輸出電流：在數(shù)據(jù)為FFFFh時(shí)，輸出電流范圍為1.6 - 2.5 mA，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)需求。
• 輸出電容：輸出電容與輸出代碼有關(guān)，在設(shè)計(jì)外部電路時(shí)需要考慮其對(duì)信號(hào)的影響。

邏輯輸入和輸出特性

• 輸入電壓范圍：輸入低電壓在 (V{DD}= +2.7 V) 時(shí)為0.6 V，在 (V{DD}= +5 V) 時(shí)為0.8 V；輸入高電壓在 (V{DD}= +2.7 V) 時(shí)為2.1 V，在 (V{DD}= +5 V) 時(shí)為2.4 V。這使得DAC8814能夠與不同電平的邏輯電路兼容。
• 輸入泄漏電流：輸入泄漏電流最大為1 μA，對(duì)前級(jí)電路的負(fù)載影響較小。

交流特性

• 輸出電壓建立時(shí)間：在達(dá)到滿(mǎn)量程的±0.1%時(shí)，建立時(shí)間典型值為0.3 μs；在達(dá)到±0.0015%時(shí)，建立時(shí)間為0.5 μs，能夠快速響應(yīng)輸入數(shù)據(jù)的變化。
• 參考乘法帶寬：參考乘法帶寬為10 MHz，使得轉(zhuǎn)換器能夠處理高頻信號(hào)。
• 總諧波失真：在 (V{REF}= 5 V{PP}) 、數(shù)據(jù)為FFFFh、頻率為1 kHz時(shí)，總諧波失真為 -105 dB，保證了輸出信號(hào)的純凈度。

電路原理剖析

D/A轉(zhuǎn)換原理

DAC8814采用四個(gè)電流舵型R - 2R梯形DAC，每個(gè)DAC都有一個(gè)匹配的反饋電阻，用于與外部I - V轉(zhuǎn)換器放大器配合使用。其輸出電壓由參考電壓 (V{REF}) 和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) (D) 決定，計(jì)算公式為 (V{OUT }=-V{REF } × \frac{D}{65536}) 。需要注意的是，對(duì)于直流參考電壓，輸出極性與 (V{REF}) 極性相反。

串行數(shù)據(jù)接口

DAC8814使用3線(xiàn)SPI兼容串行數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)以18位數(shù)據(jù)字格式時(shí)鐘輸入到串行輸入寄存器，MSB位先加載。數(shù)據(jù)在CLK的正時(shí)鐘沿，且滿(mǎn)足數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間要求時(shí)，被時(shí)鐘輸入到寄存器。只有當(dāng)CS芯片選擇引腳為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)才能被時(shí)鐘輸入。當(dāng)CS引腳返回高電平時(shí)，只查詢(xún)最后18位時(shí)鐘輸入到串行寄存器的數(shù)據(jù)。

電源復(fù)位

當(dāng) (V{DD}) 電源開(kāi)啟時(shí)，內(nèi)部復(fù)位脈沖會(huì)根據(jù)MSB引腳的電壓，將所有輸入和DAC寄存器強(qiáng)制設(shè)置為零代碼狀態(tài)或半量程狀態(tài)。為了獲得一致的結(jié)果， (V{DD}) 電源應(yīng)具有平滑的正斜坡，尤其是在2.3 V附近。

PCB布局要點(diǎn)

由于DAC8814是高精度DAC，接地和PCB走線(xiàn)電阻可能會(huì)影響其性能。為了確保最佳性能，建議將所有 (A{GND} X) 引腳直接連接到單元的模擬接地平面。每個(gè)通道I/V轉(zhuǎn)換器的非反相輸入應(yīng)直接連接到模擬接地平面，或有單獨(dú)的感測(cè)走線(xiàn)返回 (A{GND} X) 引腳連接。反饋電阻到I/V轉(zhuǎn)換器的走線(xiàn)應(yīng)盡量短，且電阻要低，以防止IR降導(dǎo)致增益誤差。

應(yīng)用案例分析

單極性輸出應(yīng)用

DAC8814作為2象限乘法DAC，可用于生成單極性輸出。滿(mǎn)量程輸出 (I{OUT}) 的極性與 (V{REF}) 處的輸入?yún)⒖茧妷合喾?，輸出電壓?jì)算公式為 (V{OUT }=\left(\frac{D}{32,768}-1\right) × V{REF }) 。

四象限乘法應(yīng)用

對(duì)于需要全4象限乘法能力或雙極性輸出擺幅的應(yīng)用，可添加一個(gè)外部運(yùn)算放大器A2作為求和放大器。在這個(gè)電路中，前兩個(gè)放大器（A1和A2）提供2倍增益，將輸出范圍擴(kuò)展到20 V。通過(guò)使用10 V的參考電壓偏移來(lái)偏置A2，實(shí)現(xiàn)4象限乘法電路。輸入數(shù)據(jù) (D) 從代碼0到滿(mǎn)量程，可產(chǎn)生 -10 V到 +10 V的輸出電壓。

在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們需要根據(jù)具體的需求，綜合考慮DAC8814的各項(xiàng)特性，合理設(shè)計(jì)電路和PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用DAC8814的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)一些獨(dú)特的問(wèn)題或者有什么特別的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。