DAC8771 技术规格与应用总结

该DAC8771是一款单通道、精密、完全集成的16位数模转换器（DAC），具有自适应电源管理功能，旨在满足工业控制应用的要求。自适应电源管理电路在启用时，可最大限度地降低芯片的功耗。当编程为电流输出时，电流输出驱动器上的电源电压根据通过降压/升压转换器对电流输出引脚上的电压进行连续反馈，在4 V至32 V之间调节。当编程为电压输出时，该电路为电压输出级（±15 V）生成可编程电源电压。DAC8771包含一个LDO，用于从单个电源引脚产生数字电源（5 V），这在隔离应用中特别有用。
*附件：dac8771.pdf

DAC8771还通过HART信号接口实现，以将外部HART信号叠加到电流输出上。电流输出DAC的压摆率是寄存器可编程的。这些器件可以使用集成降压/升压转换器使用+12 V至+36 V的单个外部电源工作，或者在降压/升压转换器禁用时使用外部电源工作。

特性

• 输出电流：
  • 0 毫安 - 24 毫安;3.5 毫安 - 23.5 毫安;
    0 毫安 - 20 毫安;4 毫安 - 20 毫安;±24 毫安
• 输出电压（有/没有 20% 的超量程）：
  • 0 伏 - 5 伏;0 伏 - 10 伏;±5 伏;±10 伏
  • 0 伏 - 6 伏;0 伏 - 12 伏;±6 伏;±12 伏
• 自适应电源管理
• 单宽电源引脚
  • 12 V - 36 V，带降压-升压
  • 12 V - 33 V，无降压-升压
• ±0.1% FSR 总未调整误差 （TUE）
• DNL：最大 ±1 LSB
• 内部5V基准电压源（最大10 ppm/°C）
• 内部5V数字电源输出
• CRC/帧错误检查，看门狗定时器
• 热报警，开路/短路
• 报警情况下的安全作
• 自动学习功能
• 宽温度范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

DAC8771 是德州仪器推出的单通道 16 位高精度数模转换器（DAC），核心优势为自适应电源管理、宽输出范围与高可靠性，集成 Buck-Boost 转换器、HART 接口与完善的保护功能，适用于工业过程控制、PLC 模拟输出模块、4-20mA 电流环、楼宇自动化等工业自动化场景。

一、核心产品特性与参数

1. 输出性能与精度

• 输出范围：电流输出支持 0-20mA、4-20mA、±24mA 等 5 种范围；电压输出支持 0-5V、±10V 等基础范围，及 20% 超量程（如 0-6V、±12V）。
• 精度指标：总未调整误差（TUE）最大 ±0.1% FSR（-40°C~125°C），微分非线性（DNL）±1 LSB max，积分非线性（INL）最大 ±12 LSB，确保信号转换线性度。
• 动态性能：电压输出摆率 1 V/µs，0-10V 量程 settling 时间 30 µs（±0.03% FSR）；电流输出 settling 时间 10 µs（无电感负载），支持可编程 slew rate 控制，减少信号失真。

2. 电源与功耗管理

• 自适应电源：集成 Buck-Boost 转换器，输入电压 12-36V，可生成 4-32V 正电源与 - 5~-18V 负电源，根据输出反馈动态调整，最小化功耗。
• 功耗表现：典型静态电流 1.3-3mA，Buck-Boost 使能时功率 dissipation 低至 0.226W（24mA 输出），适配工业低功耗需求。
• 电源灵活性：支持内部 LDO 生成 5V 数字电源，或外部提供 2.7-5.5V 数字电源，兼容多种系统供电方案。

3. 集成功能与可靠性

• 辅助功能：内置 5V 精密基准源（温度漂移 ±10 ppm/°C），支持 HART 信号叠加（500mVpp 输入转换为 1mApp 输出），配备 CRC 校验、看门狗定时器。
• 保护特性：具备开路 / 短路检测、过温报警（150°C 触发）、输出限流（8-36mA 可编程），ALARM 引脚实时反馈故障状态，保障工业环境稳定运行。
• 环境适应性：工作温度范围 - 40°C~125°C，ESD 防护 HBM±2000V、CDM±500V，采用 7mm×7mm 48 引脚 VQFN 封装，焊球材质 NIPDAU，符合 RoHS 标准。

4. 接口与控制

• 数字接口：SPI 接口速率最高 25MHz，支持菊花链扩展与 32 位 CRC 帧错误检测，兼容 SPI、QSPI 等标准。
• 控制功能：支持可编程 slew rate、自动学习模式（优化电流输出建立时间）、用户增益 / 偏移校准，寄存器配置灵活。

二、关键功能与优势

1. 自适应电源管理

• Buck-Boost 转换器可动态调整输出级供电电压，电流输出时根据负载反馈将 VPOS_IN 电压控制在 4-32V，大幅降低芯片功耗与发热，提升长期稳定性。
• 支持三种电源配置：双电源（内部生成正负电源）、单电源（内部 + 外部组合）、全外部电源，适配不同系统供电设计。

2. 工业兼容性与扩展性

• HART 接口：通过 HART_IN 引脚可将外部 HART FSK 信号（1200/2200Hz）叠加到电流输出，无需额外调制解调器，适配工业通信需求。
• 多场景适配：可直接驱动 1kΩ 电阻负载与 20nF 电容负载，外部补偿电容可扩展至 1µF，兼容工业复杂负载环境。

3. 高可靠性设计

• 完善保护：包含过温、开路、短路、电源欠压等多重故障检测，报警响应可配置（输出报警码、禁用输出等），避免设备损坏。
• 抗干扰能力：AC 电源抑制比（AC-PSRR）-75dB，输出噪声低（0.1-10Hz 带宽 13µVp-p），适配工业强干扰环境。

二、典型应用场景

1. 核心应用领域

• PLC 模拟输出模块：提供隔离式电压 / 电流输出，支持通道间隔离，满足工业控制信号转换需求。
• 4-20mA 电流环：适配传感器变送器信号传输，叠加 HART 数字通信，实现模拟信号与数据交互一体化。
• 工业过程控制：精准输出控制信号驱动执行器、阀门等设备，宽温度范围与高可靠性适配恶劣工业环境。

2. 典型应用电路

• 隔离式 PLC 模拟输出模块 ：DAC8771 搭配 LM5160 Buck 转换器、ISO7641 数字隔离器，实现 12-36V 输入到工业标准输出的隔离转换，集成 TVS 二极管与 ferrite bead，满足 IEC61000-4 EMC 抗干扰要求。

三、设计与使用建议

1. 电源与布局

• 电源配置：Buck-Boost 转换器需外接 100µH 电感、10µF X7R 电容与 60V 肖特基二极管，输入电源就近放置去耦电容（0.1µF+10µF）。
• 布线规范：模拟地与数字地单点连接，Buck-Boost 相关走线尽量短且宽，减少电感与寄生参数；输出保护电路靠近连接器放置，优化抗干扰性能。

2. 配置与校准

• 首次使用需通过寄存器配置输出范围、Buck-Boost 工作模式与 slew rate 参数，HART 模式需启用 HTEN 位并外接 10-22nF 耦合电容。
• 高精度场景建议启用用户校准功能，通过增益 / 偏移寄存器修正系统误差，或利用 Auto Learn 模式优化电流输出建立时间。

3. 保护与故障处理

• 配置 ALARM 引脚外部上拉电阻（10kΩ），通过状态寄存器监控故障类型（过温、CRC 错误等），根据需求设置报警响应策略。
• 电流输出端建议串联 680nF 电容（50mH 电感负载时），电压输出端通过 CCOMP 引脚外接补偿电容，提升大容性负载稳定性。