DAC53701-Q1/DAC43701-Q1 技术文档总结

汽车级 10 位 DAC53701-Q1 和 8 位 DAC43701-Q1 （DACx3701-Q1） 是引脚兼容的缓冲电压输出智能数模转换器 （DAC） 系列。这些器件功耗非常低，采用微型 8 引脚 WSON 封装。DACx3701-Q1 的功能集与微型封装和低功耗相结合，是汽车尾灯加刹车灯、车牌灯淡入淡出和车内灯 PWM 扩展等应用的绝佳选择。

这些器件具有非易失性存储器 （NVM）、内部基准电压源、PMBus 兼容 I 2C 接口和通用输入。DACx3701-Q1 采用内部基准电压源或电源作为基准电压源，并提供 1.8 V 至 5.5 V 的满量程输出。
*附件：dac53701-q1.pdf

DACx3701-Q1 是智能 DAC 器件，因为它具有先进的集成功能。智能DAC具有力感应输出、基于GPI的功能触发、PWM输出和NVM功能，无需使用软件即可实现系统性能和控制。

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 温度等级 1：–40°C 至 +125°C，T A
• 1 LSB INL 和 DNL（10 位和 8 位）
• 工作范围广
  • 电源：1.8 V 至 5.5 V
• 基于通用输入 （GPI） 的功能触发
• PMBus™ 兼容 I 2C 接口
  • 标准、快速和快速模式加
  • 使用广播地址配置的四个目标地址选项
  • 1.62V V IH，V DD = 5.5 V
• 用户可编程非易失性存储器 （NVM/EEPROM）
  • 保存和调用所有寄存器设置
• 可编程波形生成：方形波、三角波和锯齿波
• 使用三角波形和 FB 引脚的脉宽调制 （PWM） 输出
• 数字压摆率控制
• 内部参考
• 极低功耗：1.8 V 时为 0.2 mA
• 灵活启动：高阻抗或 10K-GND
• 微型封装：8引脚WSON（2 mm × 2 mm）

参数

方框图

一、产品概述

DAC53701-Q1（10 位）与 DAC43701-Q1（8 位）是德州仪器（TI）推出的车规级电压输出智能数模转换器（DAC） ，二者引脚完全兼容，专为汽车电子场景设计，符合 AEC-Q100 Grade 1 标准（工作温度 - 40°C125°C）。器件集成非易失性存储器（NVM/EEPROM）、内部基准源、PMBus 兼容 I²C 接口及通用输入（GPI），支持低功耗（1.8V 时仅 0.2mA）与宽电源范围（1.8V5.5V），采用 8 引脚 WSON（2mm×2mm）微型封装，可实现无处理器依赖的智能控制，核心应用包括汽车尾灯 / 大灯 / 内饰灯控制、电源电压 Margining、LED 热折返保护等。

二、核心特性

（一）高精度与宽适应性

1. 分辨率与线性度
   • DAC53701-Q1 为 10 位分辨率，DAC43701-Q1 为 8 位分辨率，二者积分非线性（INL）与微分非线性（DNL）均仅 ±1 LSB，确保输出电压精准可控；
   • 支持两种基准模式：
     • 电源基准：以 VDD 为基准，输出范围 0~VDD；
     • 内部基准：1.21V 固定基准，增益 1.5×/2×/3×/4× 可调，输出范围 1.8V~5.5V，适配不同电压需求场景；
   • 低误差与优异温漂：零码误差典型值 6mV（温漂 ±10μV/°C），增益误差 ±0.5% FSR（温漂 ±0.0008% FSR/°C），宽温下性能稳定。
2. 输出与动态性能
   • 缓冲电压输出，带载能力强：支持 5kΩ 电阻负载 + 200pF 容性负载，输出阻抗低至 0.25Ω，负载调整率 0.4mV/mA，避免负载变化导致的输出波动；
   • 快速响应：1/4~3/4 量程切换至 10% FSR 仅需 8μs（5.5V 时），压摆率 1V/μs，适配动态电压调整场景（如 LED 渐变点亮）；
   • 低噪声：0.1Hz~10Hz 频段噪声峰峰值 34μV（无基准增益）、70μV（4× 增益），1kHz 噪声密度 0.2μV/√Hz，避免对敏感电路的干扰。

（二）智能控制与无处理器操作

1. 通用输入（GPI）触发GPI 引脚（1 脚）可通过寄存器配置为 7 种核心功能，支持上升沿 / 下降沿响应，无需 I²C 通信即可实现关键操作，适配无处理器或处理器故障场景，核心配置如下：

   GPI_CONFIG	功能	上升沿动作	下降沿动作
   000	电源控制	上电	高阻掉电
   010	Margining 控制	触发高 Margining 输出	触发低 Margining 输出
   011	波形生成	启动波形输出	停止波形输出
   111	I²C 地址更新	使能目标地址更新	禁用地址更新

2. 可编程波形与 PWM 生成

   • 内置波形生成器：支持方波、三角波、正向 / 反向锯齿波，波形参数（高 / 低码值、步长、斜率）可通过寄存器配置；
   • PWM 输出能力：结合 FB 引脚与三角波 / 锯齿波，可生成 PWM 信号，适配 LED 调光、电源占空比控制等场景；
   • 数字摆率控制：步长（132 LSB 可调）与步长时间（4μs4.9152ms 可调）可编程，实现输出电压平滑过渡，避免电压突变冲击负载。

（三）可靠性与存储功能

1. 非易失性存储器（NVM）
   • 可存储关键寄存器配置：包括 DAC 数据、Margining 高 / 低码值、GPI 功能、摆率参数等，上电后自动加载，无需重复初始化；
   • 高耐用性：-40°C~85°C 下擦写 20,000 次，85°C 以上擦写 1,000 次，数据 Retention 达 50 年（常温）、20 年（125°C）；
   • CRC 校验保护：内置 10 位 CRC（CRC-10-ATM），监测 NVM 数据完整性，用户区（NVM_CRC_ALARM_USER）或内部区（NVM_CRC_ALARM_INTERNAL）异常时触发复位，确保配置可靠。
2. PMBus 兼容与系统同步
   • 支持 PMBus 协议（需 EN_PMBUS 位使能），兼容 Turn On（80h）、Turn Off（00h）、Margin High（A4h）、Margin Low（94h）等标准命令，适配电源管理场景；
   • I²C 接口灵活：支持标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、快速增强模式（1Mbps），4 个可选目标地址（默认 1001000），支持广播地址同步更新多器件配置（仅写模式）。

三、器件信息与电气规格

（一）基本参数对比

参数	DAC53701-Q1（10 位）	DAC43701-Q1（8 位）	单位
分辨率	10	8	位
INL/DNL	±1/±1	±1/±1	LSB
输出范围（电源基准）	0~5.5	0~5.5	V
输出范围（内部基准，4× 增益）	0~4.84	0~4.84	V
建立时间（10% FSR）	8	8	μs（5.5V 时）
静态电流（1.8V）	0.2	0.2	mA
掉电电流	80	80	μA
封装	8 引脚 WSON（2mm×2mm）	8 引脚 WSON（2mm×2mm）	-

（二）封装与热特性

采用 8 引脚 WSON（DSG 封装），底部带散热焊盘（需连接 AGND 以优化散热），关键热阻参数如下：

热阻参数	值	单位
结到环境（RθJA）	49	°C/W
结到板（RθJB）	24.1	°C/W
结到底部外壳（RθJC (bot)）	8.7	°C/W

（三）订购信息

订购型号	分辨率	封装	数量 / 载体	工作温度	状态	关键说明
DAC53701DSGRQ1	10 位	8 引脚 WSON	3000 片 / 大卷带	-40°C~125°C	量产	引脚镀层 NIPDAU，RoHS 兼容
DAC53701DSGRQ1.A	10 位	8 引脚 WSON	3000 片 / 大卷带	-40°C~125°C	量产	同基础型号，生产批次差异
DAC43701DSGRQ1	8 位	8 引脚 WSON	3000 片 / 大卷带	-40°C~125°C	量产	引脚镀层 NIPDAU，RoHS 兼容
DAC43701DSGRQ1.A	8 位	8 引脚 WSON	3000 片 / 大卷带	-40°C~125°C	量产	同基础型号，生产批次差异

四、功能模块详解

（一）核心功能模块

1. 数模转换（DAC）架构采用电阻串架构 + 输出缓冲放大器，支持两种工作模式：
   • 正常模式 ：通过 I²C 更新 DAC_DATA 寄存器（21h 地址），输出电压即时更新；
   • 摆率控制模式 ：使能后输出电压按设定步长（CODE_STEP）与步长时间（SLEW_RATE）阶梯变化，步长可设 132 LSB，步长时间 4μs4.9152ms，避免电压突变（如 LED 渐变）。
2. 非易失性存储器（NVM）
   • 可存储寄存器：包括通用配置（GENERAL_CONFIG，D1h）、GPIO 配置（CONFIG2，D2h）、DAC 数据（DAC_DATA，21h）、Margining 高 / 低码值（25h/26h）等；
   • 编程与重载：通过 TRIGGER 寄存器（D3h）的 NVM_PROG 位触发 NVM 写入，NVM_RELOAD 位触发配置重载，操作时 NVM_BUSY 位（D0h）置 1，禁止其他写入，确保数据完整性。
3. PMBus 兼容 I²C 接口
   • 通信速率：支持 I²C 标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、快速增强模式（1Mbps）；
   • 地址配置：7 位地址（默认 1001000），通过 TARGET_ADDRESS（CONFIG2 寄存器）可配置 4 个可选地址，支持广播地址同步更新多器件（仅写模式）；
   • PMBus 命令：支持 Turn On（80h）、Turn Off（00h）、Margin High（A4h）、Margin Low（94h），可通过 PMBUS_OPERATION 寄存器（01h）触发，适配电源管理场景。

（二）系统同步与复位

1. 电源复位（POR）
   • 触发条件：VDD 低于 0.7V 并保持 1ms 以上，上电后 30ms 内完成寄存器初始化（加载 NVM 配置）；
   • 电压阈值：VDD<0.7V 触发 POR，0.7V~1.65V 为未定义区域，>1.65V 不触发 POR。
2. 软件复位
   • 触发方式：向 TRIGGER 寄存器（D3h）写入 1010，复位后寄存器恢复 NVM 配置或默认值，适配系统故障恢复场景。
3. 器件锁定与解锁
   • 锁定：设置 DEVICE_LOCK 位（D1h）可锁定所有寄存器，防止误写；
   • 解锁：向 DEVICE_UNLOCK_CODE（D3h）写入 0101 可解除锁定，确保配置安全性。

五、典型应用与设计指南

（一）核心应用场景

1. 汽车 LED 热折返控制
   • 应用原理：通过负温度系数（NTC）热敏电阻监测 LED 温度，FB 引脚采集 NTC 分压电压，DAC 根据温度自动调整输出，控制 LED 驱动电流，避免高温损坏；
   • 关键配置：配置三角波波形（FUNC_CONFIG=00b），结合 FB 引脚生成 200Hz PWM 输出，温度 30°C 时启动折返，105°C 时切断 LED 电流，确保 LED 寿命。
2. 电源电压 Margining 测试
   • 应用原理：通过 DAC 输出调整电源反馈电压（如 DC/DC 转换器的 VFB 引脚），测试电源在 ±10% 偏差下的稳定性；
   • 典型配置：内部 1.21V 基准 + 1.5× 增益，DAC 输出 0.6V（ nominal 值）、0.54V（-10%）、0.66V（+10%），通过 GPI 触发 Margining 切换，摆率控制避免电源波动。

（二）硬件设计指南

1. 电源与 Decoupling
   • VDD 引脚（6 脚）需并联 0.1μF 陶瓷电容（靠近引脚），CAP 引脚（4 脚）需并联 1.5μF 电容（LDO 滤波），降低电源噪声；
   • 电源域分离：模拟地（AGND，5 脚）与数字地单点连接，散热焊盘需大面积连接 AGND，优化热传导与噪声隔离。
2. PCB 布局
   • 信号分离：DAC 输出（OUT，8 脚）、FB 引脚（7 脚）远离 SCL（2 脚）、SDA（3 脚）等数字引脚，避免串扰；
   • 阻抗控制：I²C 线路匹配 50Ω 阻抗，长度匹配误差 < 1mm，减少信号完整性问题；
   • 反馈回路：FB 引脚外接电阻分压网络时，布线需短而直，避免寄生电容影响反馈精度（如 NTC 分压电路）。
3. 上电初始化流程
   1. 上电后等待 30ms（POR 完成），读取 STATUS 寄存器（D0h）确认 NVM 无 CRC 错误（NVM_CRC_ALARM_USER/INTERNAL 为 0）；
   2. 配置 GENERAL_CONFIG 寄存器（D1h）：使能内部基准（REF_EN=1）、设置增益（DAC_SPAN）、摆率参数（CODE_STEP/SLEW_RATE）；
   3. 配置 CONFIG2 寄存器（D2h）：设置 GPI 功能（如 Margining 控制）、I²C 目标地址；
   4. 写入 DAC_DATA、Margining 高 / 低码值，触发 NVM_PROG 保存配置（可选）；
   5. 使能 GPI（TRIGGER 寄存器 GPI_EN=1），完成初始化。