在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討一款性能卓越的DAC——TI的DAC8811，它以其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在眾多電子設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。

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一、DAC8811的核心特性

高精度與低噪聲

DAC8811具有±0.5 LSB的微分非線性（DNL）和±1 LSB的積分非線性（INL），確保了高精度的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，其低噪聲特性（12 nV/√Hz）使得它在對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

低功耗與寬電源范圍

該轉(zhuǎn)換器的功耗極低，IDD僅為2 μA，非常適合電池供電的設(shè)備。其模擬電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V，提供了很大的設(shè)計(jì)靈活性。

高速接口與快速建立時(shí)間

50 MHz的串行接口和0.5 μs的建立時(shí)間，使得DAC8811能夠滿足高速數(shù)據(jù)處理的需求，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用。

四象限乘法參考

支持±10 V的參考輸入和10 MHz的參考帶寬，具備四象限乘法功能，為設(shè)計(jì)帶來了更多的可能性。

小巧封裝與標(biāo)準(zhǔn)引腳配置

采用8引腳的3×3 mm VSON和3×5 mm VSSOP封裝，節(jié)省了電路板空間。而且其引腳配置符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，方便與其他器件集成。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DAC8811的出色性能使其在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用：

• 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）：高精度和快速建立時(shí)間能夠滿足ATE對(duì)測(cè)試精度和速度的要求。
• 儀器儀表：低噪聲和高精度特性保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 數(shù)字控制校準(zhǔn)：可以實(shí)現(xiàn)精確的校準(zhǔn)功能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 工業(yè)控制PLC：在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，為控制系統(tǒng)提供精確的模擬輸出。

三、詳細(xì)描述

架構(gòu)與工作原理

DAC8811采用R - 2R梯形結(jié)構(gòu)，其中三個(gè)最高有效位（MSBs）進(jìn)行了分段處理。每個(gè)2R支路可以切換到地（GND）或輸出電流（IOUT）端。通過外部I/V轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大器，IOUT端保持在虛擬地電位。外部參考輸入VREF決定了DAC的滿量程電流，R - 2R梯形網(wǎng)絡(luò)對(duì)外部參考呈現(xiàn)5 kΩ±25%的與代碼無(wú)關(guān)的負(fù)載阻抗。

功能框圖

從功能框圖可以看出，DAC8811主要由電源復(fù)位、DAC寄存器、移位寄存器等部分組成。通過3線串行接口（CS、CLK、SDI）與微控制器或DSP進(jìn)行通信。上電時(shí)，DAC寄存器被清零，輸出為零。

特性電路設(shè)計(jì)

穩(wěn)定性電路

在電流 - 電壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中，為了防止增益峰值，可添加一個(gè)補(bǔ)償電容C1（典型值為4 pF至20 pF）。

正電壓輸出電路

為了產(chǎn)生正電壓輸出，可以輸入負(fù)參考電壓到DAC8811，避免使用反相放大器帶來的電阻容差誤差。

雙極性輸出電路

通過添加外部運(yùn)算放大器U4作為求和放大器，并使用2.5 V的參考電壓偏移進(jìn)行偏置，可以實(shí)現(xiàn)四象限乘法功能和雙極性輸出。

可編程電流源電路

DAC8811可以集成到改進(jìn)的Howland電流泵電路中，實(shí)現(xiàn)精確的電壓 - 電流轉(zhuǎn)換。為了避免振蕩問題，建議添加補(bǔ)償電容C1。

設(shè)備功能模式與編程

功能模式

編程

DAC8811具有3線串行接口，兼容SPI、QSPI和Microwire接口標(biāo)準(zhǔn)。輸入移位寄存器為16位寬，數(shù)據(jù)在CLK的上升沿時(shí)鐘進(jìn)入。在第16個(gè)上升沿，最后一位數(shù)據(jù)被時(shí)鐘進(jìn)入，執(zhí)行編程功能。

四、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路包括跨阻級(jí)和增益與偏移級(jí)?？缱杓?jí)將MDAC的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓，增益與偏移級(jí)應(yīng)用偏移電壓。

設(shè)計(jì)要求

使用乘法DAC時(shí)，跨阻級(jí)放大器需要具有最小的輸入失調(diào)電壓。為了獲得最佳性能，外部電阻的容差應(yīng)控制在0.1%。求和級(jí)放大器也需要低輸入失調(diào)電壓和足夠的壓擺率。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)公式[V{OUT }( Code ) =\left(\frac{2{FB2 }}{R{G 1}} × \frac{V{REF } × Code }{2^{bits }}\right)-\left(\frac{R{FB 2}}{R{S 2}} × V_{REF }\right)]進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓。

五、電源與布局建議

電源建議

DAC8811可以在2.7 V至5.5 V的電源電壓范圍內(nèi)工作。為了減少電源噪聲，建議使用穩(wěn)壓電源，并添加100 pF和1 nF的電容以及0.1 μF至1 μF的旁路電容。

布局指南

精密模擬組件需要精心布局、適當(dāng)?shù)呐月泛透蓛?、穩(wěn)壓的電源。由于DAC8811只有一個(gè)接地引腳，所有返回電流都必須通過該點(diǎn)。因此，建議將GND直接連接到模擬接地平面，并與數(shù)字組件的接地連接分開，直到在系統(tǒng)的電源入口點(diǎn)連接。同時(shí)，AVDD也應(yīng)連接到獨(dú)立的電源平面或走線，并添加旁路電容。

六、總結(jié)

DAC8811是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有高精度、低噪聲、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，它都能夠提供可靠的模擬輸出解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮其特性和要求，合理選擇電源和布局，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用DAC8811的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。