低功耗雙路nanoDACs：AD5627R/AD5647R/AD5667R及AD5627/AD5667的深度解析

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，我們將深入探討Analog Devices公司的AD5627R/AD5647R/AD5667R以及AD5627/AD5667這一系列低功耗雙路nanoDACs，它們?cè)诒姸鄳?yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、產(chǎn)品概述

AD5627R/AD5647R/AD5667R和AD5627/AD5667屬于nanoDAC家族，是低功耗、雙路、12位、14位、16位的緩沖電壓輸出DAC。這些器件可在2.7V至5.5V的單電源下工作，設(shè)計(jì)上保證了單調(diào)性，并且具備I2C兼容的串行接口。

1. 特性亮點(diǎn)

• 低功耗與小封裝：采用3mm x 3mm LFCSP和10引腳MSOP封裝，是引腳兼容的雙路nanoDAC，功耗低，非常適合便攜式設(shè)備。
• 分辨率選擇：提供12位、14位和16位分辨率，可滿足不同應(yīng)用對(duì)精度的要求。
• 參考源多樣：AD5627R/AD5647R/AD5667R具備片上1.25V/2.5V、5 ppm/°C的參考源；而AD5627/AD5667則需要外部參考源。
• 多種功能特性：具備上電復(fù)位至零刻度、每通道掉電功能、硬件LDAC和CLR功能，I2C接口支持標(biāo)準(zhǔn)（100 kHz）、快速（400 kHz）和高速（3.4 MHz）模式。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

這些DAC廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、便攜式電池供電儀器、數(shù)字增益和偏移調(diào)整、可編程電壓和電流源以及可編程衰減器等領(lǐng)域。

二、技術(shù)規(guī)格參數(shù)

1. 靜態(tài)性能

不同型號(hào)的分辨率有所不同，如AD5667R/AD5667為16位，AD5647R為14位，AD5627R/AD5627為12位。在相對(duì)精度和差分非線性方面，設(shè)計(jì)上保證了單調(diào)性。此外，還給出了零碼誤差、偏移誤差、滿量程誤差、增益誤差等參數(shù)。

2. 交流特性

輸出電壓建立時(shí)間方面，不同型號(hào)有所差異，例如AD5627R/AD5627在?至?量程內(nèi)建立到±0.5 LSB的時(shí)間為3至4.5 μs。同時(shí)，還給出了壓擺率、數(shù)模毛刺脈沖、數(shù)字饋通、參考饋通、數(shù)字串?dāng)_、模擬串?dāng)_、DAC間串?dāng)_、乘法帶寬和總諧波失真等參數(shù)。

3. I2C時(shí)序規(guī)格

詳細(xì)規(guī)定了不同模式（標(biāo)準(zhǔn)、快速、高速）下的串行時(shí)鐘頻率以及各種時(shí)序參數(shù)，如SCL高電平時(shí)間、低電平時(shí)間、數(shù)據(jù)建立時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間等。

4. 絕對(duì)最大額定值

明確了器件的各項(xiàng)極限參數(shù)，包括電源電壓、輸出電壓、參考輸入/輸出電壓、數(shù)字輸入電壓、工作溫度范圍、存儲(chǔ)溫度范圍、結(jié)溫、功耗和熱阻等。同時(shí)提醒用戶，超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成永久性損壞。

三、工作原理

1. D/A部分

這些DAC采用CMOS工藝制造，架構(gòu)由電阻串DAC和輸出緩沖放大器組成。使用外部參考源時(shí)，理想輸出電壓為 (V{OUT }=V{REFIN } timesleft(frac{D}{2^{N}}right)) ；使用內(nèi)部參考源時(shí)，理想輸出電壓為 (V{OUT }=2 × V{REFOUT } timesleft(frac{D}{2^{N}}right)) ，其中D為加載到DAC寄存器的二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值，N為DAC分辨率。

2. 電阻串

電阻串由一系列阻值為R的電阻組成，加載到DAC寄存器的代碼決定了從電阻串的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)提取電壓輸入到輸出放大器，保證了單調(diào)性。

3. 輸出放大器

輸出緩沖放大器可產(chǎn)生軌到軌的輸出電壓，輸出范圍為0V至VDD，能夠驅(qū)動(dòng)2kΩ與1000pF并聯(lián)到地的負(fù)載，壓擺率為1.8 V/μs，?至?量程的建立時(shí)間為7 μs。

4. 內(nèi)部參考源

AD5627R/AD5647R/AD5667R具備片上參考源，上電時(shí)參考源關(guān)閉，可通過(guò)寫(xiě)入控制寄存器啟用。不同封裝的參考源電壓不同，10引腳LFCSP封裝為1.25V，10引腳MSOP封裝為2.5V。使用內(nèi)部參考源時(shí)，建議在參考輸出和地之間放置100nF電容以保證參考源穩(wěn)定性。

5. 外部參考源

AD5627/AD5667需要外部參考源，通過(guò)VREFIN引腳施加。AD5627R/AD5647R/AD5667R的VREFIN引腳也允許在需要時(shí)使用外部參考源。

6. 串行接口

采用2線I2C兼容的串行接口，支持標(biāo)準(zhǔn)、快速和高速數(shù)據(jù)傳輸模式。每個(gè)器件都有7位從地址，其中5個(gè)最高有效位為00011，2個(gè)最低有效位由ADDR引腳狀態(tài)設(shè)置。通過(guò)I2C總線，主設(shè)備可以對(duì)這些DAC進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

四、操作模式

1. 寫(xiě)入操作

寫(xiě)入時(shí)，主設(shè)備先發(fā)送起始命令和地址字節(jié)（R / (overline{W}=0) ），DAC通過(guò)拉低SDA表示準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。然后主設(shè)備發(fā)送命令字節(jié)和兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，最后發(fā)送停止條件。

2. 讀取操作

讀取時(shí)，主設(shè)備先發(fā)送起始命令和地址字節(jié)（R / (overline{W}=1) ），DAC通過(guò)拉低SDA表示準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。主設(shè)備讀取三個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，最后發(fā)送停止條件。

3. 高速模式

AD5627RBRMZ和AD5667RBRMZ支持3.4 MHz的高速串行通信。主設(shè)備通過(guò)發(fā)送主代碼00001XXX啟動(dòng)高速模式，之后設(shè)備進(jìn)入高速模式，直到主設(shè)備發(fā)送停止條件或激活CLR引腳，設(shè)備才返回標(biāo)準(zhǔn)/快速模式。

4. 多字節(jié)操作

支持多字節(jié)操作，通過(guò)設(shè)置命令寄存器中的S位（DB22）可選擇2字節(jié)或標(biāo)準(zhǔn)3字節(jié)、4字節(jié)操作模式。

5. 廣播模式

支持廣播尋址，可同步更新或掉電多個(gè)AD5627R/AD5647R/AD5667R、AD5627/AD5667設(shè)備。廣播地址為00010000，僅支持寫(xiě)模式。

6. LDAC功能

DAC采用雙緩沖接口，由輸入寄存器和DAC寄存器組成。LDAC引腳控制對(duì)DAC寄存器的訪問(wèn)，當(dāng)LDAC為高電平時(shí)，DAC寄存器鎖存；當(dāng)LDAC為低電平時(shí)，DAC寄存器透明，輸入寄存器的內(nèi)容傳輸?shù)紻AC寄存器。通過(guò)設(shè)置LDAC寄存器，用戶可以靈活控制哪些通道同步更新。

7. 掉電模式

通過(guò)命令100設(shè)置掉電模式，通過(guò)設(shè)置Bit DB5和Bit DB4定義DAC放大器的輸出狀態(tài)，Bit DB1和Bit DB0確定掉電命令應(yīng)用到哪些DAC。掉電模式下，電源電流降至480 nA，輸出級(jí)內(nèi)部切換到已知阻值的電阻網(wǎng)絡(luò)。

8. 上電復(fù)位和軟件復(fù)位

器件包含上電復(fù)位電路，上電時(shí)輸出為0V，直到進(jìn)行有效的寫(xiě)入操作。軟件復(fù)位命令為101，通過(guò)設(shè)置輸入移位寄存器中的Bit DB0可選擇不同的復(fù)位模式。

9. 清除引腳（CLR）

CLR輸入為下降沿敏感，當(dāng)CLR為低電平時(shí)，所有LDAC脈沖被忽略；當(dāng)CLR激活時(shí)，所有輸入和DAC寄存器加載零刻度，輸出清零。

10. 內(nèi)部參考源設(shè)置（R版本）

上電時(shí)片上參考源默認(rèn)關(guān)閉，通過(guò)發(fā)送參考設(shè)置命令（111）并設(shè)置輸入移位寄存器中的DB0可開(kāi)啟參考源。

五、應(yīng)用信息

1. 使用參考源作為電源

由于AD5627R/AD5647R/AD5667R、AD5627/AD5667的供電電流極低，可使用電壓參考源為其供電，尤其適用于電源噪聲較大或系統(tǒng)電源電壓非5V或3V的情況。

2. 雙極性操作

雖然這些DAC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，輸出電壓范圍可達(dá)±5V。

3. 電源旁路和接地

在電路設(shè)計(jì)中，為保證精度，應(yīng)仔細(xì)考慮電源和接地布局。電路板應(yīng)分為模擬和數(shù)字部分，電源應(yīng)使用10μF和0.1μF電容旁路，且電容應(yīng)盡量靠近器件。同時(shí)，應(yīng)避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉，采用合適的布線技術(shù)。

六、總結(jié)

AD5627R/AD5647R/AD5667R和AD5627/AD5667這一系列nanoDACs憑借其低功耗、高分辨率、豐富的功能和靈活的操作模式，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并合理利用其各項(xiàng)特性，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)模轉(zhuǎn)換。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似DAC的使用問(wèn)題呢？歡迎留言分享經(jīng)驗(yàn)。