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。德州儀器（TI）的DAC8534作為一款四通道、16位的DAC，憑借其低功耗、高性能和靈活的接口等特點(diǎn)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款DAC8534。

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產(chǎn)品概述

特性亮點(diǎn)

1. 寬電源范圍與低功耗：支持+2.7V至+5.5V的電源供電，在5V供電時(shí)僅消耗950μA電流，處于微功耗水平。在正常工作時(shí)功耗為5mW，而在掉電模式下可低至4μW，非常適合便攜式電池供電設(shè)備。
2. 高精度與快速響應(yīng)：具有16位分辨率，在全溫度范圍內(nèi)保持單調(diào)性。建立時(shí)間僅需10μs即可達(dá)到±0.003% FSR，能夠快速準(zhǔn)確地將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
3. 超低串?dāng)_：交流串?dāng)_典型值為 -100dB，有效減少通道間的干擾，確保各通道輸出的獨(dú)立性和準(zhǔn)確性。
4. 豐富功能與靈活架構(gòu)：具備上電復(fù)位至零刻度功能，片上輸出緩沖放大器支持軌到軌操作。采用雙緩沖輸入架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)或順序輸出更新和掉電功能，還擁有16通道廣播能力。

應(yīng)用場(chǎng)景

DAC8534的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了便攜式儀器儀表、閉環(huán)伺服控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、可編程衰減以及PC外設(shè)等領(lǐng)域。其低功耗和高性能的特點(diǎn)使其能夠滿(mǎn)足這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)精度和穩(wěn)定性的要求。

詳細(xì)規(guī)格

絕對(duì)最大額定值

在使用DAC8534時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，如電源電壓范圍、數(shù)字輸入電壓、輸出電壓、工作溫度范圍等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞，影響其可靠性。例如，電源電壓AVDD到GND的范圍為 -0.3V 至 +6V，工作溫度范圍為 -40°C 至 +105°C。

電氣特性

1. 靜態(tài)性能：分辨率為16位，相對(duì)精度為 ±0.0987% FSR，微分非線(xiàn)性為 ±0.25 LSB（典型值），零刻度誤差為 +5 至 +20mV等，這些參數(shù)保證了DAC的高精度轉(zhuǎn)換。
2. 輸出特性：輸出電壓建立時(shí)間在不同條件下有所不同，如在達(dá)到 ±0.003% FSR 時(shí)為 8 至 10μs。輸出擺率為 1V/μs，電容負(fù)載穩(wěn)定性在不同負(fù)載電阻下有不同表現(xiàn)，能滿(mǎn)足多種負(fù)載需求。
3. 交流性能：在特定條件下，信噪比（SNR）可達(dá)94dB，總諧波失真（THD）為67dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為69dB，展現(xiàn)出良好的交流性能。

引腳配置與描述

DAC8534采用TSSOP - 16封裝，各引腳具有明確的功能。例如，AVDD為電源輸入引腳，范圍為 +2.7V 至 +5.5V；SYNC為電平觸發(fā)控制輸入引腳，用于輸入數(shù)據(jù)的幀同步；SCLK為串行時(shí)鐘輸入引腳，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)30MHz；DIN為串行數(shù)據(jù)輸入引腳等。了解這些引腳功能對(duì)于正確使用DAC8534至關(guān)重要。

工作原理

DAC架構(gòu)

DAC8534每個(gè)通道的架構(gòu)由電阻串DAC和輸出緩沖放大器組成。輸入編碼為單極直二進(jìn)制，理想輸出電壓由特定公式計(jì)算得出。電阻串部分通過(guò)加載到DAC寄存器的代碼確定電壓抽取節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)開(kāi)關(guān)將電壓施加到輸出放大器。輸出緩沖放大器能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌輸出，可驅(qū)動(dòng)2kΩ并聯(lián)1000pF的負(fù)載。

串行接口

采用3線(xiàn)串行接口，兼容SPI?、QSPI?和Microwire?接口標(biāo)準(zhǔn)以及大多數(shù)DSP。寫(xiě)序列通過(guò)將SYNC線(xiàn)拉低開(kāi)始，數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時(shí)鐘輸入到24位移位寄存器。在第24個(gè)時(shí)鐘下降沿，移位寄存器鎖定，8個(gè)最高有效位（MSBs）作為控制位，16個(gè)最低有效位（LSBs）作為數(shù)據(jù)位，DAC8534解碼這些位以執(zhí)行所需功能。

電源與電壓轉(zhuǎn)換

IOVDD引腳為DAC8534的數(shù)字輸入結(jié)構(gòu)供電，單電源操作時(shí)可連接到AVDD，雙電源操作時(shí)提供與各種CMOS邏輯系列的接口靈活性。外部邏輯高輸入通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為AVDD，確保與不同邏輯家族的兼容性。

掉電與數(shù)據(jù)選擇

DB16為掉電標(biāo)志，若該標(biāo)志置位，DB15和DB14選擇四種掉電模式之一。掉電條件可存儲(chǔ)在每個(gè)DAC的臨時(shí)寄存器中，可同時(shí)更新DAC的數(shù)據(jù)、掉電或兩者的組合。

輸入移位寄存器

輸入移位寄存器為24位寬，由8個(gè)控制位和16個(gè)數(shù)據(jù)位組成。前兩個(gè)控制位為地址匹配位，可實(shí)現(xiàn)硬件尋址功能，允許單個(gè)主機(jī)通過(guò)單個(gè)SPI總線(xiàn)與多達(dá)四個(gè)DAC8534通信，實(shí)現(xiàn)16通道操作。

同步中斷與負(fù)載命令

SYNC線(xiàn)用于控制寫(xiě)序列，若在24位序列完成前SYNC線(xiàn)變?yōu)楦唠娖剑瑢⒅刂肧PI接口，不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。DAC8534支持多種負(fù)載命令，包括廣播命令，可對(duì)所有DAC8534進(jìn)行操作。

上電復(fù)位

DAC8534包含上電復(fù)位電路，上電時(shí)DAC寄存器填充為零，輸出電壓設(shè)置為零刻度，直到對(duì)相應(yīng)DAC通道進(jìn)行有效寫(xiě)序列和負(fù)載命令。

掉電模式

DAC8534有四種掉電模式，通過(guò)設(shè)置移位寄存器中的三個(gè)位（PD2、PD1和PD0）并執(zhí)行“Load”操作來(lái)選擇。掉電時(shí)，模擬電路關(guān)閉，每個(gè)DAC在滿(mǎn)足特定條件時(shí)退出掉電模式。

操作示例

數(shù)據(jù)寫(xiě)入與更新

通過(guò)具體的操作示例，如同時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入四個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)并更新DAC輸出，或順序加載新數(shù)據(jù)到四個(gè)DAC輸出等，展示了DAC8534在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的操作方法。這些示例幫助工程師更好地理解如何使用DAC8534實(shí)現(xiàn)所需的功能。

LDAC功能

DAC8534提供軟件和硬件同時(shí)更新功能。軟件同時(shí)更新由Load 1（LD1）和Load 0（LD0）控制位控制，硬件更新通過(guò)LDAC引腳實(shí)現(xiàn)。LDAC引腳用于異步更改DAC輸出電壓，但應(yīng)在緩沖區(qū)通過(guò)軟件正確更新后使用。

微處理器接口

與不同處理器的接口

介紹了DAC8534與8051、Microwire、68HC11和TMS320 DSP等微處理器的接口方法。例如，與8051接口時(shí)，8051的TXD驅(qū)動(dòng)DAC8534的SCLK，RXD驅(qū)動(dòng)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)，SYNC信號(hào)由8051的可編程引腳提供。不同的接口方式為工程師在不同系統(tǒng)中使用DAC8534提供了便利。

應(yīng)用考慮

電流消耗

每個(gè)活動(dòng)通道在AVDD = 5V時(shí)典型消耗250uA，AVDD = 3V時(shí)典型消耗225uA，包括參考電流消耗。數(shù)字輸入的邏輯電平對(duì)電流消耗有影響，建議使用CMOS邏輯電平以實(shí)現(xiàn)高效電源操作。掉電模式下，每個(gè)通道典型電流消耗為200nA。

負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力

DAC8534輸出級(jí)能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)高達(dá)1000pF的電容負(fù)載，在驅(qū)動(dòng)2kΩ電阻負(fù)載時(shí)可實(shí)現(xiàn)典型1%的負(fù)載調(diào)節(jié)。但當(dāng)負(fù)載電阻低于2kΩ時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)誤差會(huì)增加，在某些情況下可能影響線(xiàn)性性能。

串?dāng)_與交流性能

采用獨(dú)立的電阻串架構(gòu)實(shí)現(xiàn)超低串?dāng)_，直流串?dāng)_典型值小于0.5LSBs，交流串?dāng)_在1kHz正弦波輸出時(shí)典型值低于 -100dB。在輸出頻率為4kHz及以下時(shí)，具有良好的交流性能，如96dB SNR和65dB THD。

電源配置

由于DAC8534所需的電源電流極低，可使用REF02 +5V精密電壓參考為其供電，為電源噪聲較大或系統(tǒng)電源電壓非5V的應(yīng)用提供了解決方案。

輸出電壓穩(wěn)定性

DAC8534在指定溫度范圍內(nèi)具有出色的溫度穩(wěn)定性，典型輸出電壓漂移為5ppm/°C，電源抑制比（PSRR）性能良好，可有效減少電源噪聲對(duì)輸出的影響。

雙極性操作

雖然DAC8534設(shè)計(jì)用于單電源操作，但通過(guò)特定電路可實(shí)現(xiàn)雙極性輸出范圍，如使用OPA703放大器可實(shí)現(xiàn)軌到軌操作，通過(guò)公式計(jì)算可得出不同輸入代碼對(duì)應(yīng)的輸出電壓。

布局注意事項(xiàng)

作為精密模擬組件，DAC8534的布局需要謹(jǐn)慎考慮。應(yīng)確保良好的旁路、清潔穩(wěn)定的電源供應(yīng)，避免數(shù)字噪聲對(duì)輸出的影響。例如，GND和AVDD應(yīng)連接到獨(dú)立的電源平面或走線(xiàn)，直到在電源入口點(diǎn)連接，同時(shí)建議使用電容進(jìn)行旁路濾波。在使用多個(gè)DAC8534時(shí)，要注意數(shù)字信號(hào)的完整性，避免信號(hào)干擾。

總結(jié)

DAC8534以其低功耗、高精度、靈活的接口和豐富的功能，成為電子工程師在設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路時(shí)的理想選擇。無(wú)論是便攜式儀器儀表、工業(yè)控制還是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域，DAC8534都能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為產(chǎn)品帶來(lái)更好的性能和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、配置接口，并注意布局和電源等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮DAC8534的性能。你在使用DAC8534的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。