在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的性能對系統(tǒng)的整體表現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的兩款16位超低功耗電壓輸出DAC——DAC8830和DAC8831，了解它們的特性、應(yīng)用以及工作原理。

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特性亮點(diǎn)

高性能參數(shù)

• 分辨率與精度：這兩款DAC均具備16位分辨率，能提供高精度的轉(zhuǎn)換。例如，DAC8830ICD、DAC8831ICD和DAC8831ICRGY的線性誤差低至±0.5 LSB（最大值±1 LSB），展現(xiàn)出出色的線性度。
• 低功耗設(shè)計(jì)：在3V電源下，典型功耗僅為15μW，非常適合對功耗敏感的應(yīng)用。
• 低噪聲與快速響應(yīng)：噪聲低至10 nV/√Hz，且能夠在1.0μS內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定，滿足對信號質(zhì)量和響應(yīng)速度要求較高的場景。

接口與兼容性

• 高速SPI接口：支持高達(dá)50 MHz的SPI接口，可實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸，方便與DSP或微處理器進(jìn)行通信。
• 復(fù)位功能：具備上電復(fù)位至零代碼的功能，確保系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)處于已知狀態(tài)。
• 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳配置：采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳配置，便于在不同的設(shè)計(jì)中進(jìn)行替換和升級。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 便攜式設(shè)備：低功耗特性使其成為便攜式設(shè)備的理想選擇，如手持測試儀、移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備等。
• 自動(dòng)測試設(shè)備：高精度和快速響應(yīng)能力能夠滿足自動(dòng)測試設(shè)備對信號精度和測試速度的要求。
• 工業(yè)過程控制：在工業(yè)過程控制中，可用于精確的模擬信號生成和控制。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供高質(zhì)量的模擬輸出，確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
• 光網(wǎng)絡(luò)：在光網(wǎng)絡(luò)中，可用于信號調(diào)制和控制，提高光通信的性能。

工作原理

架構(gòu)設(shè)計(jì)

DAC8830和DAC8831的DAC架構(gòu)由兩個(gè)匹配的DAC部分組成，并采用分段設(shè)計(jì)。16位數(shù)據(jù)字的前4位經(jīng)過解碼，驅(qū)動(dòng)15個(gè)開關(guān)，將15個(gè)匹配電阻連接到AGND或VREF；剩余的12位數(shù)據(jù)則驅(qū)動(dòng)12位電壓模式R - 2R梯形網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)。

輸出范圍

DAC的輸出電壓由公式 (V{OUT }=\left(V{REF } \times Code \right) / 65536) 確定，其中Code是加載到DAC鎖存器的十進(jìn)制數(shù)據(jù)字。

數(shù)字接口

這兩款DAC采用標(biāo)準(zhǔn)的3線SPI接口，與SPI、QSPI?、Microwire?和TI DSP接口兼容，最高數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)50 M - bits/sec。數(shù)據(jù)傳輸由片選信號CS控制，在CS為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)通過SCLK的上升沿鎖存到輸入移位寄存器，MSB優(yōu)先。

輸出模式

單極性輸出

DAC8830提供單極性輸出，范圍從0V到 (V_{REF})。DAC8831在單極性模式下也可實(shí)現(xiàn)類似的輸出。單極性輸出模式適用于只需要正電壓信號的應(yīng)用。

雙極性輸出

DAC8831通過連接外部緩沖器和運(yùn)算放大器，可實(shí)現(xiàn)雙極性輸出（± (V{REF})）。在雙極性輸出模式下，需要注意匹配雙極性偏移電阻 (R{FB}) 和 (R_{INV})，以確保輸出的準(zhǔn)確性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出放大器選擇

在雙極性模式下，應(yīng)選擇具有低失調(diào)電壓、低輸入偏置電流、軌到軌輸入和輸出性能以及高3 dB帶寬的精密放大器，以確保DAC的性能不受影響。

參考與接地

參考引腳應(yīng)使用低阻抗源驅(qū)動(dòng)，以避免因輸入阻抗的代碼依賴性而影響精度。同時(shí)，DAC8831提供了Kelvin感測連接，可提高性能。

電源和參考旁路

為了實(shí)現(xiàn)高精度的高分辨率性能，建議在參考和電源引腳使用10μF鉭電容與0.1μF陶瓷電容并聯(lián)進(jìn)行旁路。

總結(jié)

DAC8830和DAC8831以其卓越的性能、豐富的功能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)模轉(zhuǎn)換解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇輸出模式、輸出放大器和參考源，以充分發(fā)揮這兩款DAC的優(yōu)勢。你在使用類似的DAC時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。