在電子工程師的日常工作中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，它能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的三款DAC：TLV5610、TLV5608和TLV5629，詳細(xì)介紹它們的特點(diǎn)、應(yīng)用、性能參數(shù)以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

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產(chǎn)品概述

TLV5610、TLV5608和TLV5629是引腳兼容的8通道電壓輸出DAC，分別提供12位、10位和8位分辨率。它們采用靈活的串行接口，可與TMS320和SPI、QSPI、Microwire等串行端口無縫連接，適用于單電源2.7V至5.5V的工作環(huán)境，也支持模擬和數(shù)字電源分開供電。這三款DAC具有低功耗、可編程的建立時(shí)間、軌到軌輸出緩沖器等特點(diǎn)，可滿足不同應(yīng)用場景對(duì)速度和功耗的要求。

特點(diǎn)總結(jié)

• 多通道與多分辨率：一個(gè)封裝內(nèi)集成了8個(gè)電壓輸出DAC，提供12位（TLV5610）、10位（TLV5608）和8位（TLV5629）三種分辨率選擇，可滿足不同精度需求。
• 低功耗與可編程建立時(shí)間：具有可編程的建立時(shí)間，在快速模式下為1μs，慢速模式下為3μs，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用在速度和功耗之間進(jìn)行優(yōu)化。低功耗特性顯著，在3V電源下，慢速模式功耗為18mW，快速模式功耗為48mW。
• 兼容性強(qiáng)：兼容TMS320和SPI?串行端口，方便與各種微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器連接。
• 溫度穩(wěn)定性好：在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有單調(diào)特性，確保輸出的穩(wěn)定性。
• 其他特性：具備參考輸入緩沖器、掉電模式、緩沖的高阻抗參考輸入和用于菊花鏈連接的數(shù)據(jù)輸出等功能。

應(yīng)用場景

• 數(shù)字伺服控制環(huán)路：精確的電壓輸出可用于控制伺服電機(jī)的位置和速度，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制。
• 數(shù)字偏移和增益調(diào)整：在信號(hào)處理中，可對(duì)信號(hào)的偏移和增益進(jìn)行精確調(diào)整，提高系統(tǒng)的性能。
• 工業(yè)過程控制：適用于工業(yè)自動(dòng)化中的各種過程控制，如溫度、壓力、流量等參數(shù)的控制。
• 機(jī)器和運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備：為機(jī)器和運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備提供精確的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精確運(yùn)動(dòng)和操作。
• 大容量存儲(chǔ)設(shè)備：在硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器等存儲(chǔ)設(shè)備中，用于控制讀寫頭的位置和速度。

技術(shù)參數(shù)分析

絕對(duì)最大額定值

在設(shè)計(jì)過程中，必須確保器件的工作條件不超過絕對(duì)最大額定值，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。例如，電源電壓（AVDD、DVDD到GND）的最大值為7V，參考輸入電壓范圍為 - 0.3V到AVDD + 0.3V，數(shù)字輸入電壓范圍為 - 0.3V到DVDD + 0.3V等。

推薦工作條件

推薦工作條件是保證器件正常工作的最佳條件。電源電壓在5V操作時(shí)為4.5 - 5.5V，3V操作時(shí)為2.7 - 3.3V；參考電壓在AVDD = 5V時(shí)為GND到4.096V，AVDD = 3V時(shí)為GND到2.048V等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使器件工作在推薦條件范圍內(nèi)。

電氣特性

• 電源特性：電源電流在快速模式下無負(fù)載時(shí)典型值為16mA，最大值為21mA；慢速模式下典型值為6mA，最大值為8mA。掉電模式下電源電流僅為0.1μA，可有效降低功耗。
• 靜態(tài)DAC規(guī)格：分辨率分別為12位、10位和8位，積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）保證了輸出的精度。零刻度誤差溫度系數(shù)為30μV/°C，增益誤差為±0.6%的滿量程電壓，增益誤差溫度系數(shù)為10ppm/°C。
• 輸出規(guī)格：電壓輸出范圍為0到AVDD - 0.4V，輸出負(fù)載調(diào)節(jié)精度在RL = 2kΩ vs 10kΩ時(shí)為±0.3%的滿量程電壓。
• 參考輸入特性：參考輸入電壓范圍為0到AVDD，參考輸入電阻為100kΩ，參考輸入電容為5pF。
• 數(shù)字輸入輸出特性：數(shù)字輸入輸出具有明確的電壓和電流規(guī)格，如高電平數(shù)字輸入電流為1μA，低電平數(shù)字輸入電流為 - 1μA等。

模擬輸出動(dòng)態(tài)性能

• 建立時(shí)間：輸出信號(hào)在數(shù)字輸入代碼變化時(shí)，需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值。對(duì)于全量程變化，快速模式下建立時(shí)間為1 - 3μs，慢速模式下為3 - 7μs；代碼到代碼變化時(shí)，快速模式下為0.5 - 1μs，慢速模式下為1 - 2μs。
• 壓擺率：快速模式下壓擺率為4 - 10V/μs，慢速模式下為1 - 3V/μs，反映了輸出電壓的變化速度。
• 毛刺能量：代碼轉(zhuǎn)換時(shí)的毛刺能量為4nV - s，確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。
• 通道串?dāng)_：在10kHz正弦波、4VPp信號(hào)下，通道串?dāng)_為 - 90dB，保證了各通道之間的獨(dú)立性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源上電順序

當(dāng)使用獨(dú)立的模擬（AVDD）和數(shù)字（DVDD）電源時(shí)，AVDD必須先于DVDD上電，以確保上電復(fù)位電路正常工作。在電源未施加到AVDD和DVDD時(shí)，邏輯輸入引腳不應(yīng)施加高電平，以免通過過壓保護(hù)二極管為器件邏輯電路供電，導(dǎo)致意外操作。

串行接口

• 數(shù)據(jù)傳輸：FS的下降沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)從DIN的最高位開始，在SCLK的下降沿移入內(nèi)部寄存器。傳輸16位數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)字中的地址位將內(nèi)容移動(dòng)到相應(yīng)的DAC保持寄存器。LDAC引腳為低電平時(shí)，將DAC保持寄存器的內(nèi)容傳輸?shù)紻AC鎖存器并更新輸出。
• μC模式和DSP模式區(qū)別：在μC模式下，F(xiàn)S需保持低電平直到16位數(shù)據(jù)傳輸完成，否則數(shù)據(jù)傳輸將被取消，DAC在FS上升沿更新；在DSP模式下，F(xiàn)S只需保持低電平20ns，可在第16個(gè)下降時(shí)鐘沿之前變高，且在FS變低之前需要一個(gè)下降的SCLK沿來啟動(dòng)寫入周期。

串行時(shí)鐘頻率和更新速率

最大串行時(shí)鐘頻率為30MHz，最大更新速率為1.95MHz。但實(shí)際應(yīng)用中，需考慮DAC的建立時(shí)間，因此最大更新速率只是理論值。

數(shù)據(jù)格式

16位數(shù)據(jù)字由4位地址位和12位數(shù)據(jù)位組成。不同分辨率的DAC對(duì)數(shù)據(jù)位的解碼方式不同，TLV5610解碼所有12位數(shù)據(jù)，TLV5608解碼D11到D2，TLV5629解碼D11到D4。

預(yù)設(shè)功能

通過將PRE輸入引腳拉低并使能LDAC輸入引腳，可將DAC通道的輸出同時(shí)驅(qū)動(dòng)到預(yù)設(shè)寄存器中存儲(chǔ)的預(yù)定義值。上電后，預(yù)設(shè)寄存器會(huì)被POR電路清零，因此在使用PRE引腳之前，需先寫入預(yù)定義值。

封裝與選型

TLV5610、TLV5608和TLV5629提供20引腳的SOIC（DW）和TSSOP（PW）封裝，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的封裝。同時(shí)，不同的溫度范圍和分辨率對(duì)應(yīng)不同的型號(hào)，如 - 40°C到85°C溫度范圍下，12位分辨率的有TLV5610IDW和TLV5610IPW等。

總結(jié)

TLV5610、TLV5608和TLV5629是三款性能優(yōu)異的8通道DAC，具有多分辨率選擇、低功耗、可編程建立時(shí)間等特點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需充分考慮器件的各項(xiàng)參數(shù)和特性，合理選擇工作條件和配置，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。希望本文能為電子工程師在使用這三款DAC時(shí)提供有價(jià)值的參考。

你在使用這些DAC的過程中遇到過哪些問題？或者對(duì)它們的應(yīng)用有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。