在電子工程師的日常工作中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是一個(gè)至關(guān)重要的組件，它廣泛應(yīng)用于通信、測試測量等眾多領(lǐng)域。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的一款高性能14位、400-MSPS數(shù)模轉(zhuǎn)換器——DAC5675。

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產(chǎn)品概述

DAC5675專為高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，適用于有線和無線通信系統(tǒng)、高頻直接數(shù)字合成（DDS）以及測試測量應(yīng)用中的波形重建。它在高中頻下具有出色的無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），非常適合基于TDMA和CDMA的蜂窩基站收發(fā)信機(jī)（BTS）中的多載波傳輸。

特性亮點(diǎn)

高速更新率

DAC5675擁有400-MSPS的更新率，能夠滿足高速數(shù)據(jù)處理的需求，為系統(tǒng)提供快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力。

低功耗LVDS接口

采用LVDS（低電壓差分信號）兼容輸入接口，具有低差分電壓擺幅和低恒定功耗的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)降低電磁干擾（EMI）。

出色的動(dòng)態(tài)性能

• SFDR表現(xiàn)：在70-MHz中頻、400 MSPS的條件下，SFDR可達(dá) -69 dBc，有效抑制雜散信號，提高信號質(zhì)量。
• ACPR指標(biāo)：在30.72-MHz中頻、122.88 MSPS時(shí)，W-CDMA鄰道功率比（ACPR）為 -73 dBc；在61.44-MHz中頻、245.76 MSPS時(shí)，ACPR為 -71 dBc，保證了在多載波應(yīng)用中的良好性能。

可調(diào)節(jié)輸出電流

提供差分可擴(kuò)展電流輸出，范圍為2 mA至20 mA，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整輸出電流大小。

單電源供電

僅需單一的3.3-V電源即可工作，簡化了電源設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。

低功耗設(shè)計(jì)

在 $f{clk }=400 MSPS$ 、$f{out }=70 MHz$ 的條件下，功耗僅為820 mW，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。

封裝優(yōu)勢

采用48引腳HTQFP PowerPad封裝，熱阻 $T_{JA}=28.8^{\circ}C / W$，能夠有效散熱，保證芯片在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定工作。

應(yīng)用領(lǐng)域

通信領(lǐng)域

• 蜂窩基站：支持CDMA（WCDMA、CDMA2000、IS - 95）和TDMA（GSM、IS - 136、EDGE/GPRS）等多種通信標(biāo)準(zhǔn)，可用于單載波和多載波應(yīng)用，為基站的信號傳輸提供高質(zhì)量的模擬信號。
• 電纜調(diào)制解調(diào)器前端：在電纜調(diào)制解調(diào)器的前端，DAC5675能夠?qū)?a target="_blank">數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。

測試測量領(lǐng)域

• 任意波形生成：可用于生成各種復(fù)雜的波形，滿足測試測量設(shè)備對不同信號的需求。
• 直接數(shù)字合成（DDS）：在DDS系統(tǒng)中，DAC5675能夠?qū)?shù)字合成的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，實(shí)現(xiàn)高精度的頻率合成。

詳細(xì)技術(shù)分析

內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

DAC5675由分段式非晶體管電流源陣列組成，能夠提供高達(dá)20 mA的滿量程輸出電流。差分電流開關(guān)將每個(gè)電流源的電流導(dǎo)向互補(bǔ)輸出節(jié)點(diǎn)IOUT1或IOUT2，實(shí)現(xiàn)差分操作，有效抵消共模噪聲源、直流偏移和偶次失真分量，從而使信號輸出功率加倍。

數(shù)字輸入

• LVDS接口：采用LVDS總線輸入接口，具有低差分電壓擺幅和低恒定功耗的特點(diǎn)，每個(gè)互補(bǔ)數(shù)據(jù)輸入的功耗約為4 mA。LVDS的差分特性使得數(shù)據(jù)傳輸速度快、電磁干擾低。內(nèi)部集成110 - Ω電阻，用于正確端接。
• CMOS/TTL兼容輸入：SLEEP和DLLOFF引腳為CMOS/TTL兼容數(shù)字輸入，方便與其他數(shù)字電路連接。

時(shí)鐘輸入與時(shí)序

• DLL鎖相環(huán)：內(nèi)部集成延遲鎖定環(huán)（DLL），用于內(nèi)部時(shí)鐘對齊。當(dāng)更新率超過100 MSPS時(shí)，應(yīng)啟用DLL，以最大化數(shù)字輸入的建立和保持時(shí)間，但不影響DAC的模擬輸出。
• 差分時(shí)鐘輸入：采用差分時(shí)鐘輸入，內(nèi)部邊沿觸發(fā)觸發(fā)器在正時(shí)鐘輸入CLK的上升沿（負(fù)/互補(bǔ)時(shí)鐘輸入CLKC的下降沿）鎖存輸入字，DAC核心在CLK的下一個(gè)上升沿（CLKC的下降沿）更新數(shù)據(jù)字，轉(zhuǎn)換延遲為一個(gè)時(shí)鐘周期。DAC5675提供最小的建立和保持時(shí)間（> 0.25 ns），對外部接口時(shí)序要求不高。時(shí)鐘占空比可在電氣特性規(guī)定的時(shí)序約束下任意選擇，但50%占空比可獲得最佳動(dòng)態(tài)性能。

電源輸入

DAC5675具有獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源（AVDD和DVDD），電源輸入可在3.6 V至3.15 V之間獨(dú)立設(shè)置，提高了電源設(shè)計(jì)的靈活性。

DAC傳輸函數(shù)

DAC5675提供互補(bǔ)輸出電流IOUT1和IOUT2，支持直二進(jìn)制編碼。輸出電流與輸入數(shù)據(jù)字的關(guān)系可以通過公式進(jìn)行計(jì)算，差分輸出電壓能夠使負(fù)載上的信號功率加倍，但需要注意避免超過輸出節(jié)點(diǎn)的合規(guī)電壓，以免增加信號失真。

參考操作

內(nèi)部集成帶隙參考和控制放大器，用于偏置滿量程輸出電流。通過外部電阻RBIAS設(shè)置偏置電流IBIAS，滿量程輸出電流等于16倍的IBIAS。帶隙參考電壓為1.2 V，也可以通過向EXTIO端子施加外部電壓來覆蓋該參考電壓。

模擬電流輸出

• 變壓器耦合輸出：可通過適當(dāng)選擇變壓器，輕松配置為驅(qū)動(dòng)雙端接50 - Ω電纜。1:1和4:1阻抗比配置能夠最大程度地抑制共模噪聲源和偶次失真分量，提高輸出功率。
• 其他輸出配置：還可以采用外部匹配電阻負(fù)載或電流/電壓（I - V）配置，根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的輸出方式。

睡眠模式

DAC5675具有睡眠模式，通過向SLEEP引腳施加邏輯電平1（例如將SLEEP引腳連接到AVDD引腳），可以關(guān)閉輸出電流，將電源電流降低至約45 mA，實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。

電氣特性

直流特性

• 線性度：積分非線性（INL）在 -4 至 +2 LSB之間，差分非線性（DNL）在 -2 至 +2 LSB之間，保證了輸出信號的線性度。
• 偏移和增益誤差：偏移誤差為0.02% FSR，增益誤差在不使用內(nèi)部參考時(shí)為 -10% 至 +10% FSR，使用內(nèi)部參考時(shí)可進(jìn)一步優(yōu)化。
• 輸出電阻和電容：輸出電阻約為300 kΩ，輸出電容為5 pF。

交流特性

• SFDR和ACPR：在不同的中頻和更新率條件下，SFDR和ACPR具有良好的表現(xiàn)，具體數(shù)值可參考數(shù)據(jù)手冊。
• 其他交流指標(biāo)：如總諧波失真（THD）、信噪比（SNR）等也滿足高性能應(yīng)用的需求。

數(shù)字接口特性

• LVDS接口：正/負(fù)差分輸入電壓閾值、內(nèi)部端接阻抗、輸入電容等參數(shù)都有明確的規(guī)定，確保LVDS接口的穩(wěn)定工作。
• CMOS接口和時(shí)鐘接口：SLEEP、CLK和CLKC引腳的輸入電壓、電流、電阻和電容等特性也在數(shù)據(jù)手冊中詳細(xì)列出。

典型特性曲線

數(shù)據(jù)手冊中提供了一系列典型特性曲線，如功率與輸出頻率的關(guān)系、鄰道功率比（ACPR）與輸出頻率的關(guān)系、無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）與輸出頻率的關(guān)系等，這些曲線能夠幫助工程師更好地了解DAC5675在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為電路設(shè)計(jì)提供參考。

封裝與熱信息

封裝形式

DAC5675采用48引腳HTQFP PowerPad封裝，這種封裝具有良好的散熱性能，能夠有效降低芯片的溫度，提高系統(tǒng)的可靠性。

熱設(shè)計(jì)

PowerPad封裝集成了暴露的散熱焊盤，需要直接焊接到印刷電路板（PCB）上。通過使用熱過孔，散熱焊盤可以連接到合適的銅平面或特殊的散熱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化集成電路（IC）的散熱效果。具體的熱設(shè)計(jì)信息可以參考德州儀器的相關(guān)技術(shù)文檔。

總結(jié)

DAC5675作為一款高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有高速更新率、低功耗、出色的動(dòng)態(tài)性能和靈活的輸出配置等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種通信和測試測量應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇工作參數(shù)和外部電路，充分發(fā)揮DAC5675的性能優(yōu)勢。同時(shí)，要注意參考數(shù)據(jù)手冊中的電氣特性和推薦工作條件，確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能夠?qū)Υ蠹以谑褂肈AC5675進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。你在使用DAC5675的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。