DAC80516 十六通道 16 位电压输出数模转换器（DAC）产品文档总结

16位DAC80516是一款低功耗、16通道、缓冲电压输出数模转换器（DAC）。该DAC80516包括一个2.5V、5ppm/°C的内部基准电压源，在大多数应用中无需外部精密基准电压源。用户可选择的增益配置可用于提供2.5V或5V的满量程输出电压。该DAC80516由单个电源供电。

与DAC80516的通信通过支持SPI和I2C的串行接口执行，以高达50MHz的时钟速率运行（在SPI写入器件期间）。VIO 引脚支持在 1.7V 至 5.5V 范围内的串行接口作。DAC80516灵活的接口支持与各种行业标准微处理器和微控制器一起运行。

该DAC80516的工作温度范围为–40°C至+125°C，采用小型WQFN封装。
*附件：dac80516.pdf

特性

• 性能：
  • INL：16位分辨率下最大±2LSB
  • 星期二：FSR 最大值的 ±0.15%
• 集成 2.5V 精密内部基准电压源
  • 初始精度：最大 ±2.5mV
  • 漂移：5ppm/°C（典型值）
• 高驱动能力：50mA，电源轨为0.5V
• 灵活的配置选项
  • 用户可选增益：2 ×，1 ×
  • 重置为零刻度
  • 清除输出功能
• 工作范围广：
  • 电源：2.7V 至 5.5V
  • 温度范围：–40°C 至 +125°C
• SPI 和 I2C 接口：1.7V 至 5.5V 工作电压
  • SPI：4线接口
  • I2C：四个目标地址
• 小包装：
  • 4mm × 4mm，28 引脚 WQFN

参数

方框图

一、产品概述

DAC80516 是德州仪器推出的 16 通道 16 位高精度电压输出数模转换器（DAC） ，核心优势为多通道同步输出、高线性度、集成基准电源与灵活接口，专为光模块、直流互联设备、模拟输出模块等工业与通信场景设计。器件采用 4mm×4mm 28 引脚 WQFN（RUY 封装），支持 2.7V-5.5V 宽电压供电与 - 40°C 至 + 125°C 宽温工作，单通道功耗低至 0.42mW，兼具高精度与低功耗特性，可满足多通道同步控制（如多通道电源、光模块偏置）需求。

二、核心参数与性能

参数类别	指标详情	备注
静态性能	・分辨率：16 位，无失码・积分非线性（INL）：±2LSB（最大值）・微分非线性（DNL）：±0.6LSB（典型值）・总未调整误差（TUE）：±0.15% FSR（最大值）・失调误差：±3mV（最大值）・增益误差：±0.15% FSR（最大值）	高线性度保障多通道输出一致性，适配精密电压控制场景（如传感器校准）
输出特性	・输出电压范围：0V-2.5V（增益 = 1）、0V-5V（增益 = 2）・驱动能力：50mA（距电源轨 0.5V 内）・短路电流：75mA（短路至 GND/VDD）・输出阻抗：0.08Ω（中量程）、10Ω（满量程 / 零量程）・容性负载：2nF（最大）	高驱动能力可直接驱动小型负载（如 LED、低阻电阻），无需额外缓冲放大器
动态性能	・建立时间：6μs（±2LSB，满量程跳变）・压摆率：1.7V/μs・电源抑制比（PSRR）：DC 0.02mV/V，AC 80dB（60Hz）・输出噪声：0.1Hz-10Hz 带宽内 12μVpp，噪声密度 65nV/√Hz（1kHz）・通道串扰：1nV・s（相邻通道满量程跳变）	低噪声与高 PSRR 保障微弱信号输出稳定性，适合高精度模拟信号生成
基准电源	・内置 2.5V 基准：初始精度 ±2.5mV，温度漂移 5ppm/°C（典型值）・基准输出噪声：0.1Hz-10Hz 带宽内 10μVpp・支持外部基准输入（1V-AVDD/2）	内置基准减少外部元件，外部基准模式可进一步提升精度
电源与功耗	・模拟电源（AVDD）：2.7V-5.5V・数字 I/O 电源（VIO）：1.7V-5.5V・工作电流：13mA（内置基准使能，满量程）、8μA（掉电模式）	宽电源范围适配不同供电方案，低功耗适合电池供电设备
接口与控制	・支持 SPI（最高 50MHz 写操作）与 I2C（4 个目标地址，最高 1MHz）・同步控制：LDAC 引脚支持多通道同步更新・清零功能：硬件 / 软件清零（默认零刻度，可自定义清零码）・广播模式：支持多通道同步写入相同数据	灵活接口适配不同 MCU/DSP，同步功能保障多通道输出时序一致性

三、硬件设计关键信息

1. 封装与引脚

• 封装类型 ：28 引脚 WQFN（RUY），尺寸 4mm×4mm，暴露热焊盘（背面）需接地以保障散热（热阻 RθJA=39.7°C/W，RθJC=2.5°C/W），焊接时热焊盘需与地平面可靠连接，推荐焊接面积≥3mm×3mm。
• 关键引脚功能 ：
  • 模拟输出：OUT0-OUT15（16 路电压输出，每路独立可控）、REF（基准输入 / 输出，内置 2.5V 基准使能时为输出，禁用时为外部基准输入）。
  • 电源与地：AVDD（2.7V-5.5V 模拟电源）、VIO（1.7V-5.5V 数字 I/O 电源）、GND（模拟地 / 数字地，需单点共地）。
  • 控制与接口：
    • SPI 接口：SCL/CS（SPI 片选）、SDA/SCLK（SPI 时钟）、A0/SDI（SPI 数据输入）、A1/SDO（SPI 数据输出）。
    • I2C 接口：SCL/CS（I2C 时钟）、SDA/SCLK（I2C 数据）、A0/A1（I2C 地址选择）。
    • 同步与清零：LDAC（同步更新触发，低有效）、RESET（复位，低有效）、FLEXIO（复用引脚，可配置为 GPIO 或清零触发）。

2. 电源与信号设计要求

• 电源设计 ：
  • 供电序列：无强制供电顺序，但推荐按 “AVDD→VIO” 顺序上电，避免数字噪声干扰模拟电路；掉电时按逆序操作。
  • 去耦设计：AVDD、VIO 引脚需就近布置 0.1μF 陶瓷电容 + 1μF 钽电容，REF 引脚（内置基准使能时）需外接 150nF 电容滤波；模拟电源与数字电源需独立布线，推荐搭配低噪声 LDO（如 TPS7A9401），减少电源噪声串扰。
• 信号设计 ：
  • 模拟输出：16 路输出线需对称布线，阻抗匹配（50Ω），长度匹配误差 <5mil；高电流输出（>20mA）时线宽≥0.3mm，避免线损导致电压降。
  • 基准电路：REF 引脚外接电容需靠近引脚（<3mm），避免过孔；外部基准输入时，基准源输出阻抗需 < 1kΩ，保障基准稳定性。
  • 数字接口：SPI/I2C 信号线需短距离布线（<10cm），远离模拟输出线（间距≥2mm），时钟线串联 10Ω 匹配电阻，减少高频噪声耦合。

四、核心功能与配置

1. 多通道同步控制

• 同步更新 ：通过 LDAC 引脚或软件触发（TRIGGER 寄存器）实现多通道同步输出更新。LDAC 引脚低电平触发时，所有配置为 “同步模式” 的通道同时更新输出；软件触发支持 2 通道一组同步更新（如 OUT1/OUT0、OUT3/OUT2 等），适配分组合并控制场景。
• 广播模式 ：通过 BCAST_EN 寄存器配置通道为广播模式后，写入 BCAST_DAC_DATA 寄存器的数据会同步更新至所有广播通道的缓冲与激活寄存器，减少多通道配置指令数量，提升效率。

2. 灵活增益与基准配置

• 可编程增益 ：支持按 “4 通道组” 配置增益（DAC_GAIN 寄存器），分为 QUAD0（OUT0-OUT3）、QUAD1（OUT4-OUT7）、QUAD2（OUT8-OUT11）、QUAD3（OUT12-OUT15）四组，每组可独立选择增益 = 1（0V-2.5V）或增益 = 2（0V-5V），适配不同量程需求。
• 基准选择 ：默认启用内置 2.5V 基准（温度漂移 5ppm/°C），REF 引脚为基准输出；通过 REF_PWDWN 寄存器禁用内置基准后，REF 引脚可接入 1V-AVDD/2 范围的外部基准，进一步提升精度（如搭配 REF7040 高精度基准）。

3. 清零与保护功能

• 清零控制 ：支持硬件（FLEXIO 引脚配置为 CLEAR）与软件（CLEAR 寄存器）清零，清零码可通过 CLEAR_CODE 寄存器自定义（默认 0V）。清零时仅临时覆盖输出值，缓冲与激活寄存器数据保持不变，退出清零后恢复原输出，适配紧急复位场景。
• 短路保护 ：每通道内置短路检测电路，DAC_STATUS 寄存器实时指示通道短路状态（OUTx_SC_STS 位），全局状态位（GDAC_SC_STS）汇总所有通道短路情况，避免过载损坏器件。

4. 低功耗与休眠模式

• 通道独立掉电 ：通过 PWDWN 寄存器可独立关闭任意通道，掉电通道输出被拉至 GND，功耗降至 0.1μA 以下，适配部分通道闲置场景（如动态调整通道数量）。
• 全局掉电 ：RESET 引脚拉低或写入软件复位指令（TRIGGER 寄存器 SOFT_RST 位），器件进入全局掉电模式，所有通道输出关闭，总功耗降至 8μA。

五、应用设计与布局

1. 典型应用场景

• 多通道精密电源 ：采用 DAC80516 实现 16 路独立电压输出（0V-5V），通过 SPI 配置各通道增益与输出值，LDAC 引脚同步更新所有通道，为半导体测试设备提供多组精密偏置电压，TUE±0.15% FSR 保障输出精度。
• 光模块偏置控制 ：利用 DAC80516 高驱动能力（50mA）直接为光模块激光二极管提供偏置电流，通过广播模式同步配置多通道偏置电压，内置基准温度漂移 5ppm/°C 保障宽温下偏置稳定性。
• 模拟输出模块 ：搭配运放构成 bipolar 输出电路（0V-5V 转 ±10V），通过外部电阻网络（R1/R2/R3）实现双极性电压输出，适配工业传感器校准、执行器控制等场景。

2. PCB 布局准则

• 分区设计 ：模拟区（OUT0-OUT15、REF）、数字区（SPI/I2C 接口、控制引脚）、电源区严格分离，模拟地与数字地仅在热焊盘处单点连接；数字信号线与模拟输出线间距≥3mm，避免串扰。
• 布线要求 ：
  • 模拟输出：16 路输出线采用等长布线（长度误差 <5mil），线宽≥0.2mm，远离高频数字线（如 SCLK）；高电流输出线（>30mA）需加粗至 0.3mm 以上，减少线损。
  • 基准电路：REF 引脚外接电容需直接焊接在引脚旁（<2mm），无过孔；外部基准输入时，基准线采用屏蔽双绞线，阻抗匹配 50Ω。
  • 电源布线：AVDD 与 VIO 独立走层，线宽≥0.3mm，避免共享路径；去耦电容与电源引脚间无过孔，保障滤波效果。
• 热设计 ：暴露热焊盘通过至少 4 个 0.3mm 孔径过孔连接至地平面，热焊盘周围预留 1mm 散热铜皮，避免高温导致输出噪声增大（结温≤125°C）。