DAC530A2W 10位300mA电流源DAC技术手册

三通道DAC532A3W和双通道DAC530A2W （DAC53xAxW） 是 10 位缓冲电压输出和电流输出智能数模转换器 （DAC）。DAC53xAxW 器件支持用于激光二极管和微型电机线性控制的电流源。这些器件支持Hi-Z掉电模式和电压输出断电条件下的Hi-Z输出。通道1可配置为电压输出DAC或比较器。电压输出DAC提供力检测选项，用作可编程比较器和电流吸收器。多功能 GPIO、功能生成和可编程非易失性存储器 （NVM） 使这些智能 DAC 能够实现无处理器应用和设计重用。这些器件可自动检测SPI或I2C接口，并包含内部基准电压源。

DAC53xAxW 功能集结合微型封装和低功耗，使这些智能 DAC 成为相机镜头自动对焦和变焦应用中激光二极管功率控制和音圈电机 （VCM） 控制的绝佳选择。
*附件：dac530a2w.pdf

特性

• 电流源DAC：
  • 1LSB DNL
  • 两个量程：300mA 和 220mA
  • 770mV 动态余量
• 双通道（仅DAC532A3W）电压输出DAC：
  • 1LSB DNL
  • 收益为 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
• 通道1上的可编程比较器模式
• VDD关闭时的高阻抗输出
• 高阻抗和电阻下拉掉电模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自动检测 I2C 或 SPI
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用输入/输出 （GPIO） 可配置为多种功能
• 预定义波形生成：正弦波、余弦波、三角波、锯齿波
• 用户可编程非易失性存储器 （NVM）
• 内部或电源作为参考
• 工作范围广：
  • 电源：3V至5.5V
  • 温度：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

一、产品概述

DAC530A2W（双通道）与 DAC532A3W（三通道）是德州仪器推出的10 位智能数模转换器（DAC） ，核心优势在于集成电压输出、电流输出（最高 300mA）与可编程比较器功能，适配低功耗（深度休眠模式电流≤3μA）与小型化场景（16 引脚 DSBGA 封装，1.76mm×1.76mm）。通过非易失性存储器（NVM）、自动接口检测（I²C/SPI）及波形生成功能，实现无处理器独立运行，专为相机自动对焦（VCM 电机控制）、平板电脑、内窥镜、安防摄像头等设备设计，满足高精度模拟信号生成与控制需求。

二、核心特性

（一）多通道功能配置

型号	通道数量	通道 1 功能	通道 2 功能	通道 3 功能（仅 DAC532A3W）
DAC530A2W	2	电压输出 DAC / 可编程比较器	电流输出 DAC（IDAC）	无
DAC532A3W	3	电压输出 DAC / 可编程比较器	电流输出 DAC（IDAC）	电压输出 DAC

• 分辨率与线性度 ：10 位分辨率，积分非线性（INL）最大 ±1.25LSB，微分非线性（DNL）最大 ±1LSB，确保高精度信号转换；
• 输出能力 ：电压输出支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 增益（内部 1.21V 基准或 VDD 作为参考），电流输出支持 300mA（IOUT-GAIN=000b）与 220mA（IOUT-GAIN=001b）两档，最小输出电压裕量 770mV（300mA 输出时）。

（二）低功耗与宽工作范围

• 功耗优化 ：正常模式下 DAC530A2W 电流典型 65~85μA，DAC532A3W 典型 150μA / 通道；深度休眠模式（内部基准关闭）电流≤3μA，适配电池供电设备；
• 供电与温度 ：单电源供电 35.5V（PVDD 与 VDD 短接），工作温度 - 40125°C，结温最高 150°C（无自动热关断，需外部监控）；
• 关断特性 ：VDD 关闭时输出自动进入高阻态（Hi-Z），泄漏电流≤500nA（VOUT≤5.5V），避免系统断电时信号干扰。

（三）智能功能与可靠性

1. 波形生成与控制
   • 支持正弦、三角波、锯齿波 / 逆锯齿波预定义波形，频率通过步长（132LSB）与周期（4μs5.12ms / 步）编程调整，正弦波含 24 个预设采样点，相位可配置 0°/90°/120°/240°；
   • 数字摆率控制：线性 / 对数摆率可选，线性摆率最小 4μs / 步，对数摆率按 3.125% 比例递增 / 递减，适配电机平滑启动、激光功率渐变等场景。
2. 故障防护与存储
   • 集成 NVM（擦写寿命 20000 次 @-40~85°C，1000 次 @125°C），支持寄存器配置参数永久存储，上电自动加载，避免重复初始化；
   • 故障检测：NVM 循环冗余校验（CRC-16-CCITT）、比较器窗口告警、PROTECT 引脚触发（故障时输出切换至高阻 / 预设状态），提升系统可靠性；
   • 比较器功能：通道 1 可配置为无滞回 / 滞回 / 窗口比较器，响应时间典型 10μs（推挽输出，25pF 负载），支持可编程阈值与输出极性反转。
3. 灵活接口与控制
   • 自动接口检测：上电后根据首个通信协议识别 I²C（标准模式 100kbps / 快速模式 400kbps / 快速 + 模式 1Mbps）或 SPI（最高 50MHz），无需硬件配置；
   • GPIO 多功能：GPIO/SDO 引脚可配置为 LDAC（加载 DAC 数据）、RESET（器件复位）、STATUS（状态输出）等 8 种功能，支持无通信接口时手动控制，例如配置为 PROTECT 输入，触发后输出切换至安全状态。

（四）高精度信号性能

• 电压输出噪声 ：0.1~10Hz 频段典型 50μVpp（VDD=5.5V），1kHz 噪声密度典型 0.35μV/√Hz，确保低噪声模拟信号生成；
• 电流输出稳定性 ：电源抑制比（DC）0.5LSB/V（VDD 变化 3.5~4.5V 时），输出电流温漂小，适配电机、激光二极管等高精度负载；
• 内部基准 ：1.21V 精密基准（初始精度 ±0.36%，温度系数 73ppm/°C），支持外部 VDD 作为参考，灵活适配不同系统电压需求。

三、器件信息与电气规格

（一）型号差异与封装

型号	通道数	分辨率	封装类型	关键差异
DAC530A2W	2	10 位	16 引脚 DSBGA（YBH）	无通道 3，正常模式电流 65~85μA，适合空间受限场景
DAC532A3W	3	10 位	16 引脚 DSBGA（YBH）	多 1 路电压输出 DAC，正常模式电流 150μA / 通道，适合多信号需求场景

（二）热学特性（16 引脚 DSBGA）

热参数	值	单位
结到环境热阻（RθJA）	81.2	°C/W
结到顶部外壳热阻（RθJC (top)）	0.3	°C/W
结到板热阻（RθJB）	20.3	°C/W
结到顶部特征参数（ΨJT）	0.2	°C/W
结到板特征参数（ΨJB）	20.3	°C/W

（三）核心电气参数（TA=-40~125°C，VDD=3.3V）

参数	DAC530A2W/DAC532A3W	测试条件
电压输出 INL	±1.25LSB	VDD=5.5V，增益 = 1×，内部基准
电流输出 INL	±1.25LSB	IOUT=300mA，二极管负载
电压输出噪声（0.1~10Hz）	50μVpp	midscale，VDD=5.5V
电流输出噪声密度（1kHz）	159nA/√Hz	IOUT=100mA，电感负载
比较器响应时间	10μs	输入阶跃 ±2LSB，推挽输出，25pF 负载
电源抑制比（AC，50Hz）	-68dB	内部基准，增益 = 4×
深度休眠电流	≤3μA	内部基准关闭，SDO 模式禁用

四、功能模块详解

（一）模拟输出模块

1. 电压输出 DAC（通道 1/3）
   • 参考源选择 ：支持内部 1.21V 基准（需通过 COMMON-CONFIG 寄存器启用）或 VDD 作为参考，增益 = 1× 时仅支持 VDD 参考，增益≥1.5× 时强制使用内部基准；
   • 输出公式 ：
     • 内部基准：VOUT ​ =210DA C _DATA ​ ×1.21V**×GAIN**（GAIN=1.5×/2×/3×/4×）；
     • VDD 参考：VOUT ​ =210DA C _DATA ​ ×VDD ​ （GAIN=1×）；
   • 输出特性 ：输出阻抗典型 500kΩ（增益 = 1×），容性负载最大 1μF（需在 CCOMP 引脚并联补偿电容），短路电流典型 60mA（VDD=5.5V），具备短路保护。
2. 电流输出 DAC（通道 2）
   • 输出公式 ：IOUT**=210DA C _DATA ​ ×GAIN**× 0.5241 （GAIN=2/3 或 1/2，0.5241 为典型转换系数），例如输出 200mA 需配置 DAC_DATA=586d（0x24A）；
   • 负载适配 ：支持二极管负载（激光二极管）与电感负载（VCM 电机），输出端需并联续流二极管（保护器件免受电感反冲电压损坏）；
   • 功耗控制 ：输出电压裕量 = PVDD - IOUT×R_LOAD，建议最小裕量 770mV 以避免结温过高（无自动热关断，需外部监控）。

（二）可编程比较器模块（通道 1）

• 工作模式 ：
  • 无滞回模式（CMP-1-MODE=00b）：直接比较 FB1 输入与 DAC-1-DATA 阈值；
  • 滞回模式（01b）：通过 DAC-1-MARGIN-HIGH/LOW 设置滞回范围，避免输入噪声导致误触发；
  • 窗口模式（10b）：检测 FB1 输入是否在阈值范围内，输出通过 WIN-CMP-1 bit 指示；
• 输出配置 ：支持推挽 / 开漏输出（CMP-1-OD-EN），输出极性可反转（CMP-1-INV-EN），FB1 引脚默认高阻，需通过 CMP-1-HIZ-IN-DIS bit 禁用以接入外部信号；
• 典型应用 ：电机电压监控（如 VCM 电机过压保护）、传感器信号阈值检测，响应时间快（典型 10μs），适配实时控制场景。

（三）数字控制与存储模块

1. NVM 与配置存储
   • 存储内容 ：支持寄存器配置（如增益、输出范围、GPIO 功能）存储至 NVM，上电后自动加载，掉电不丢失；
   • CRC 校验 ：NVM 数据存储时自动生成 16 位 CRC，上电时校验，NVM-CRC-FAIL-USER bit 置 1 表示用户数据损坏，需重新编程；
   • 故障转储 ：触发 FAULT-DUMP 后，自动保存 CMP-STATUS、DAC 数据至 NVM，用于故障后溯源，通过 SRAM 寄存器读取转储数据。
2. 接口与 GPIO 控制
   • SPI 接口 ：默认 3 线模式（无 SDO），可通过 GPIO 配置为 4 线模式（支持读回），最高 50MHz 时钟，24 位数据帧（1 位 R/W+7 位地址 + 16 位数据）；
   • I²C 接口 ：支持 4 个地址（A0 引脚接 AGND/VDD/SDA/SCL），最高 1Mbps 速率，支持广播地址（同步更新多器件）；
   • GPIO 功能 ：可配置为输入（如 PROTECT 触发、LDAC 控制）或输出（如 DAC-BUSY、WIN-CMP-1 状态），支持无处理器时手动控制，例如配置为 RESET 输入，触发后器件重启并加载 NVM 配置。
3. 波形生成与摆率控制
   • 预定义波形 ：三角波频率 = 1/(2×TIME_STEP× 步长数)，锯齿波频率 = 1/(TIME_STEP× 步长数)，正弦波频率 = 1/(24×TIME_STEP)（24 点 / 周期）；
   • 摆率控制 ：线性摆率步长 132LSB 可选，时间周期 4μs5.12ms / 步；对数摆率按 3.125% 比例变化，适合平滑调节场景（如电机转速渐变）。

五、典型应用场景

（一）相机 VCM 电机控制（自动对焦）

• 应用架构 ：DAC530A2W 通道 2（IDAC）输出 120mA 电流驱动 VCM 电机，控制镜头位置；通道 1 配置为比较器，FB1 引脚监测 VCM 电压（VVCM），当 VVCM>1V 阈值时，GPIO 触发 IDAC 输出归零，保护电机免受过压损坏；
• 关键配置 ：启用内部基准（EN-INT-REF=1），IDAC 配置 IOUT-GAIN=000b（300mA 量程），DAC-2-DATA=352d（120mA）；比较器阈值 DAC-1-DATA=310d（1V，VDD=3.3V），FB1 引脚接 VCM 电压分压；
• 可靠性设计 ：IDAC 输出端并联续流二极管（1N4148），吸收电感反冲电压；GPIO 配置为 PROTECT 输入，触发后 IDAC 切换至高阻态，避免电机故障时器件损坏。

（二）工业传感器信号调理

• 应用架构 ：传感器（如压力传感器）输出 01V 信号，经外部运放放大至 03.3V 后，由 DAC532A3W 通道 1（比较器）监测阈值；通道 3（电压输出 DAC）输出 0~3.3V 校准电压，补偿传感器漂移；通道 2（IDAC）输出 100mA 电流为传感器供电；
• 关键配置 ：电压输出 DAC 增益 = 3×（内部基准 1.21V，输出 0~3.63V），通过 MARGIN-HIGH/LOW 设置校准范围；IDAC 配置 IOUT-GAIN=001b（220mA 量程），DAC-2-DATA=196d（100mA）；
• 低功耗优化 ：空闲时通道 2/3 进入休眠模式（DAC-PDN-x=11b），电流降至 28μA，适配电池供电的便携式设备。

六、设计指南

（一）电源与去耦

• 电源布局 ：VDD 与 PVDD 短接，采用低阻抗 PCB 走线（建议≥0.2mm 宽），靠近引脚放置 10μF 钽电容 + 0.1μF 陶瓷电容（X7R 材质），CAP 引脚（内部 LDO）并联 1.5μF 陶瓷电容，抑制电源噪声；
• 接地设计 ：AGND（模拟地）与 PGND（功率地）单点连接至 VDD 地，DSBGA 封装热焊盘需连接 AGND，打 4 个 0.3mm 过孔（间距 1mm），增强散热与噪声隔离；
• 电压裕量 ：电流输出时确保 PVDD≥IOUT×R_LOAD+770mV，例如驱动 200mA/10Ω 负载，PVDD 需≥200mA×10Ω+0.77V=2.77V，推荐使用 3.3V 供电。

（二）PCB 布局要点

1. 信号隔离 ：模拟信号（VOUT、FB1、IOUT）与数字信号（SCLK、SDI、SYNC）分开布局，间距≥0.5mm，避免数字噪声耦合；电流输出（IOUT）走线宽≥0.5mm（1oz 铜），减少线路压降；
2. 反馈设计 ：比较器 FB1 引脚走线短且直（长度≤5mm），避免寄生电容影响响应速度；电压输出 DAC 的 FB1 引脚（通道 1）需短接至 VOUT1，形成闭环，确保输出精度；
3. 防护设计 ：IOUT 引脚并联 TVS 管（如 SMBJ5.0CA），防护 ESD；比较器输入引脚串联 1kΩ 电阻，限制输入电流，避免传感器故障时损坏器件。

（三）初始化配置流程

1. 上电后等待 5ms（boot-up 时间，CAP 引脚 1.5μF 电容），通过 I²C/SPI 写入配置：
   • 启用内部基准：COMMON-CONFIG 寄存器（0x1F）设置 EN-INT-REF=1；
   • 配置电流输出（通道 2）：DAC-2-GAIN-CONFIG（0x03）设置 IOUT-GAIN=000b，DAC-2-DATA（0x19）写入目标电流代码；
   • 配置比较器（通道 1）：DAC-1-GAIN-CMP-CONFIG（0x15）设置 CMP-1-EN=1、CMP-1-OUT-EN=1，DAC-1-DATA（0x1C）写入阈值代码；
2. 保存配置至 NVM：COMMON-TRIGGER 寄存器（0x20）设置 NVM-PROG=1，等待 200ms（NVM 编程时间）；
3. 验证配置：读取 GENERAL-STATUS 寄存器（0x22），确认 NVM-BUSY=0、DAC-BUSY=0，配置生效。