DAC39RFS10-SEP产品技术文档总结

DAC39RF10-Sx 和 'RFS10-Sx 是一系列具有 16 位分辨率的双通道和单通道数模转换器 （DAC）。这些器件可用作非插值或插值DAC，用于直接RF采样或复杂基带信号生成。单通道的最大输入数据速率为 20.8GSPS，双通道的最大输入数据速率为 10.4 GSPS。这些器件可以在超过 10GHz 的载波频率下生成高达 10、7.5 和 5GHz 信号带宽（8、12 和 16 位输入分辨率）的信号，从而实现 X 波段的直接采样。
*附件：dac39rfs10-sep.pdf

高采样率、输出频率范围、64 位 NCO 频率分辨率和任何具有相位相干性的跳频也使 DAC39RF10-Sx 和 'RFS10-Sx 能够进行任意波形生成 （AWG） 和直接数字合成 （DDS）。

JESD204B和JESD204C兼容的串行接口具有 16 个接收器对，速度高达 12.8Gbps。该接口JESD204B，JESD204C符合子类 1 标准，可通过使用 SYSREF 实现确定性延迟和多设备同步。

特性

• 辐射硬度保证 DAC39RFx10-SP：
  • 单事件扰乱 （SEU） 免疫寄存器
  • 单事件闩锁 （SEL）：120MeV-cm2/mg
  • RLAT 总电离剂量 （TID）：300krad （Si）
• 耐辐射 DAC39RFx10-SEP：
  • 单事件扰乱 （SEU） 免疫寄存器
  • 单事件闩锁 （SEL）：43MeV-cm2/mg
  • RLAT 总电离剂量 （TID）：30krad （Si）
• 16位、10.4或20.8GSPS、多奈奎斯特DAC内核
• 最大输入数据速率：
  • 8 位，单通道，DES 模式：20.8GSPS
  • 12 位，单通道，DES 模式：15.5GSPS
  • 16 位，单通道：10.4GSPS
  • 8 位，双通道，10.4GSPS
  • 12 位，双通道：7.75GSPS/通道
  • 16 位，双通道：6.2GSPS/通道
• 输出带宽 （-3dB）：12GHz
• fOUT = 2.997GHz、DES2XL模式、DEM/抖动关闭时的性能
  • 本底噪声（小信号）：–155dBFS/Hz
  • SFDR （-0.1dBFS）：60dBc
  • IMD3（每音-7dBFS）：–62dBc
  • 加相位噪声，10kHz 偏移：-138dBc/Hz
• 四个集成数字上变频器 （DUC）
  • 插值：1x、2x、3x、4x、6x、8x、12x ...256 倍
  • 用于 I/Q 输出的复杂基带 DUC
  • 复杂到实数上转换，用于双通道直接射频采样
  • 64 位频率分辨率 NCO
• JESD204C界面
  • 多达 16 个通道，最高可达 12.8Gbps
  • C-S 类，子类 1 兼容
  • 内部交流耦合电容器
• 用于自动 SYSREF 时序校准的 SYSREF 窗口
• 空间筛选和保证：
  • 符合 ASTM E595 释气规范
  • 一个制造、组装和测试站点
  • 晶圆批次可追溯性
  • 延长产品生命周期
  • 辐射批次验收测试 （RLAT）
  • 生产老化（仅限 DAC39RFx10-SP）

参数

方框图

一、产品概述

DAC39RFx10 系列是德州仪器推出的具备 JESD204C 接口的数模转换器（DAC）家族，包含 DAC39RF10-SP、DAC39RF10-SEP、DAC39RFS10-SP、DAC39RFS10-SEP 等型号，于 2024 年 3 月发布（文档编号 SBAS932）。该系列产品分辨率为 16 位，支持单通道或双通道模式，采样速率可达 10.4 或 20.8GSPS，具备多奈奎斯特特性，适用于卫星通信、相控阵天线系统、合成孔径雷达激励器及光谱学等场景，能在载波频率超 10GHz 时生成信号，满足 X 波段直接采样需求。

二、核心特性

（一）抗辐射性能

产品分为抗辐射保障型（-SP）和抗辐射耐受型（-SEP）两类，具体参数如下：

类型	单粒子翻转（SEU）	单粒子锁定（SEL）	总电离剂量（TID，Si）
DAC39RFx10-SP	寄存器免疫	120MeV-cm²/mg	300krad
DAC39RFx10-SEP	寄存器免疫	43MeV-cm²/mg	30krad

（二）性能参数

1. 采样与数据速率 ：16 位单通道采样速率 10.4GSPS，8 位单通道 DES 模式下达 20.8GSPS；双通道模式下，16 位时 6.2GSPS / 通道、12 位时 7.75GSPS / 通道、8 位时 10.4GSPS。
2. 输出性能 ：-3dB 输出带宽 12GHz；在 f_OUT=2.997GHz、DES2XL 模式、DEM/Dither 关闭时，小信号噪声基底 - 155dBFS/Hz，SFDR（-0.1dBFS）60dBc，IMD3（-7dBFS 每音调）-62dBc，10kHz 偏移附加相位噪声 - 138dBc/Hz。
3. 集成模块 ：含 4 个数字上变频器（DUC），插值倍数 1x-256x，支持 I/Q 输出的复基带 DUC 及双通道直接射频采样的复实上变频，配备 64 位频率分辨率数控振荡器（NCO）；JESD204C 接口支持 16 条通道，速率达 12.8Gbps，兼容 Class C-S、subclass-1，内置 AC 耦合电容，支持 SYSREF 窗口化自动时序校准。
4. 其他特性 ：符合 ASTM E595 释气规范，单一制造、组装和测试站点，支持晶圆批次追溯，产品生命周期长，-SP 型号含生产老化测试。

三、器件信息与对比

（一）器件型号详情

型号	等级	封装尺寸	备注
DAC39RF10ACLNSP	飞行级太空增强塑料，30krad (Si)	ACL，17mm×17mm，1mm 间距	-
DAC39RFS10ACLNSP	飞行级太空增强塑料，30krad (Si)	ACL，17mm×17mm，1mm 间距	-
DAC39RF10ACLSHP	飞行级太空高级塑料，300krad (Si)	ACL，17mm×17mm，1mm 间距	产品预览，未量产
DAC39RFS10ACLSHP	飞行级太空高级塑料，300krad (Si)	ACL，17mm×17mm，1mm 间距	产品预览，未量产

（二）系列器件对比

器件	通道数	最大采样速率（单通道 / 双通道，双边沿）	SEL/SEFI	TID	JESD 接口
DAC39RF10	2	10.24/20.48GSPS	NA	NA	是
DAC39RFS10	1	10.24/20.48GSPS	NA	NA	是
DAC39RF12	2	12/24GSPS	NA	NA	是
DAC39RFS12	1	12/24GSPS	NA	NA	是
DAC39RF10-EP	2	10.4/20.8GSPS	NA	NA	是
DAC39RFS10-EP	1	10.4/20.8GSPS	NA	NA	是
DAC39RF10-SP	2	10.4/20.8GSPS	120MeV	300krad	是
DAC39RFS10-SP	1	10.4/20.8GSPS	120MeV	300krad	是
DAC39RF10-SEP	2	10.4/20.8GSPS	43MeV	30krad	是
DAC39RFS10-SEP	1	10.4/20.8GSPS	43MeV	30krad	是
DDS39RF12	2	12/24GSPS	NA	NA	仅 2 条通道
DDS39RFS12	1	12/24GSPS	NA	NA	仅 2 条通道
DAC39RF10EF	2	10.24/20.48GSPS	NA	NA	输入速率受限
DAC39RFS10EF	1	10.24/20.48GSPS	NA	NA	输入速率受限

四、引脚配置与功能

采用 256 球倒装芯片 BGA 封装（1mm 间距），引脚主要分为以下类别：

1. DAC 输出 ：DACOUTA±、DACOUTB±，为模拟输出正负端，输出电压需符合 DAC 合规电压以保证性能，单通道器件无 DACOUTB±。
2. 差分时钟与 SYSREF 输入 ：CLK±（器件时钟输入，内置 100Ω 差分端接，自偏置，需与时钟源 AC 耦合）、SYSREF±（JESD204C SYSREF 输入，内置 100Ω 差分端接）。
3. SerDes 接口 ：0SRX±-15SRX±，共 16 条通道，每条通道含封装内 AC 耦合串联电容及 100Ω 内部端接。
4. GPIO 功能 ：ALARM（检测到内部未屏蔽警报时置位）、FRCLK/FRCS/FRDI0-3（快速重配置接口时钟 / 片选 / 数据位）、RESET（器件复位，低有效，上电后需触发，内置上拉）、SCLK/SCS/SDI/SDO（SPI 接口时钟 / 片选 / 数据输入 / 数据输出）、SYNC（JESD204C SYNC 输出，低有效）、TXEN0/1（通道 A/B 传输使能，高有效，需通过寄存器启用，禁用时 DAC 输出强制为中间码）。
5. 模拟功能 ：ATEST（TI 测试用，需悬空）、EXTREF（参考电压输入 / 输出，由寄存器决定，使用内部参考时需通过 0.1μF 接 AGND）、RBIAS±（满量程输出电流偏置由其间电阻设定）、RTEST（TI 测试用，接 AGND）。
6. 电源与地 ：包含多种电压电源（如 1.8V 的 VDDA18A/B、VDDCLK18 等，1V 的 VDDDIG、VDDEA/B 等，-1.8V 的 VEEAM18/VEEBM18）及对应地（AGND 模拟地、DGND 数字地、VSSCLK 时钟地）。

五、电气规格

（一）绝对最大额定值

• 电源电压：不同电源类型电压范围不同，如 VDDA18A/B 为 - 0.3 至 2.45V，VEEAM18/VEEBM18 为 - 2.0 至 0.3V。
• 输入输出电压：CLK±、SYSREF± 等输入电压有特定范围，DAC 输出端电压最大为对应正电源 + 0.5V。
• 电流与温度：任意输入峰值电流 ±20mA，总输入峰值电流 30mA；结温最大 150°C，存储温度 - 65 至 150°C。

（二）ESD 额定值

• 人体放电模型（HBM）：1000V（符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001）。
• 带电器件模型（CDM）：250V（符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-002）。

（三）推荐工作条件

• 电源电压：如 VDDA18A/B、VDDCLK18 等 1.8V 电源典型 1.8V，范围 1.71-1.89V；1V 电源典型 1V，范围 0.95-1.05V。
• 输入共模电压与差分电压：CLK± 共模电压典型 0.4V，SYSREF± 共模电压 0-1.0V，差分峰峰值电压有不同频率下的范围要求。
• 温度：工作环境温度 - 55 至 125°C，结温最大 150°C。

（四）直流电气特性（典型值 TA=25°C）

• 精度：DNL±2.2LSB，INL±9LSB。
• 输出电流：不同配置下满量程切换电流不同，如 3.6kΩ 电阻、特定寄存器设置下，CUR_2X_EN=1 时可至 41mA；静态输出电流典型 4.8mA。
• 参考电压：VREF 典型 0.9V，漂移 45ppm/°C。
• 接口电流电压：CMOS 接口高低电平电流、电压，SerDes 接口输入幅度、端接电阻等有明确典型值。

（五）交流电气特性（典型值 TA=25°C）

• 时钟与带宽：CLK 频率 0.8-10.4GHz，模拟输出带宽（-3dB）约 12GHz。
• 线性度与噪声：不同输出频率、模式下 SFDR、HD2/HD3、IMD3、噪声谱密度（NSD）等参数不同，如 f_OUT=97MHz 时 SFDR 可达 85dBc。
• 时序：上升 / 下降时间（10%-90%）典型 42ps，时钟占空比 45%-55%。

（六）功耗特性

不同工作模式（如单 / 双通道、不同插值倍数、不同采样速率）下电源电流与总功耗不同，例如双 DAC、特定插值和采样速率下，总功耗可从约 3500mW 至 5950mW 不等，睡眠模式功耗约 165mW。

六、功能描述

（一）DAC 输出模式

模式	是否通直流	最佳频率范围	峰值输出功率	其他
非归零（NRZ）	是	0-F_CLK/2	0dBFS	-
归零（RTZ）	是	0-F_CLK	-6dBFS	-
射频（RF）	否	F_CLK/2-F_CLK	-2.8dBFS	-
双边沿采样（DES）	是	0-F_CLK	0dBFS	F_CLK-F_OUT 处有占空比镜像

（二）DAC 核心

含两个 16 位 DAC 核心，输出结构为差分端接，电流根据数字码控制切换，满量程电流可通过外部 RBIAS 电阻及相关寄存器调整，静态电流为切换电流的固定比例。

（三）DEM 与 Dither

• DEM（动态元素混合） ：随机选择 MSB 和 ULSB 电流源 / 开关，白化因电流源和开关时序不匹配导致的非线性，由 DEM_DACA/B、DEM_ADJ 寄存器控制。
• Dither（抖动） ：在数字数据中加减 8 种不同码值，再通过切换额外电流源抵消，保持 16 位范围，由 DITH_DACA/B 寄存器控制频率。
• 两者虽能改善非线性，但会因非线性白化和额外开关活动提高输出噪声底，可根据使用场景选择启用 / 禁用或调整参数。

（四）时钟子系统

需时钟频率与 DAC 核心采样速率匹配（DES 模式为一半），SYSREF 周期需为器件内所有时钟的整数倍，且有 SYSREF 位置检测器与采样位置选择功能，可通过 SYSREF_ZOOM 调整步长，选择最优采样位置以保证时序裕量。

（五）数字信号处理模块

1. 数字上变频器（DUC） ：4 个 DUC 支持 4 个复（IQ）输入流，插值倍数 2x-256x，含 NCO 用于混频至目标载波频率，NCO 支持相位连续、相干、同步更新模式，可通过 SPI 或 FR 接口更新频率。
2. 通道绑定器 ：组合 DUC 输出，支持 1、0.5、0.25 倍缩放，防止求和饱和，可组合实或复 DUC 输出。
3. DES 插值器 ：可选 2x 插值，支持 DES2XL（低通）和 DES2XH（高通）模式，有特定滤波特性。

（六）JESD204C 接口

支持 8b/10b 和 64b/66b 编码，16 条 SerDes 通道，速率达 12.8Gbps，兼容 JESD204B，支持子类 0 和 1，含加扰 / 解扰（64b/66b 强制，8b/10b 可选）、链路层初始化与监控、物理层 CTLE 均衡等，可通过交叉开关映射 lanes 简化 PCB 布线，支持多器件同步与确定性延迟。

七、器件功能模式

（一）DUC 与 DDS 模式

模式	差异点
DUC 模式	使用 JESD 接口复数据，启用插值滤波器，JESD 接口启用，NCO 功耗高，无独立通道幅度控制，受 JMODE 和 DUC_L 寄存器及 SYSREF 周期约束
DDS 模式	不启用插值滤波器，JESD 接口禁用，NCO 功耗低，AMP 寄存器控制各通道幅度（可抵消谐波），忽略 JMODE 和 DUC_L 寄存器，无 SYSREF 周期约束

（二）JESD204C 接口模式

通过 JMODE 寄存器配置，不同模式对应不同编码、输入采样速率、SerDes 波特率、R 值（F_BIT/F_CLK）、 lanes 数、插值倍数等参数，支持 16 位、12 位、8 位格式，帧结构与采样映射有明确规范。

八、应用与实现

• 应用信息 ：提供卫星通信、相控阵天线等场景的应用指导。
• 典型应用 ：给出典型应用电路与配置建议。
• 电源推荐 ：不同电源的电压、纹波等要求，建议分开供电以减少干扰。
• 布局 ：PCB 布局的接地、电源、信号布线等规范，确保性能。