德州仪器DAC088S085：8位微功耗八通道数模转换器的深度剖析

 

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界与模拟世界的关键桥梁。今天，我们要详细探讨德州仪器（TI）的一款高性能DAC——DAC088S085。这款八通道、8位的电压输出DAC，凭借其丰富的特性和广泛的应用场景，在众多设备中发挥着重要作用。

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特性亮点

确保单调性与低功耗

DAC088S085具备确保单调性的特性，这意味着其输出不会随着输入代码的增加而减少，保证了转换的稳定性。同时，它的低功耗设计堪称一绝，在3V供电时仅消耗1.95mW，5V供电时为4.85mW。在所有DAC通道断电的情况下，功耗更是能降低至3V时小于0.3µW，5V时小于1µW。这种低功耗特性使得它在电池供电设备中表现出色，能有效延长设备的续航时间。

轨到轨输出与宽电源范围

轨到轨电压输出功能让DAC088S085的输出电压范围能够接近电源电压，提供了更广泛的动态范围。其电源范围为2.7V至5.5V，可适应不同的电源环境，增加了设计的灵活性。

菊花链功能与同步输出更新

菊花链功能允许使用单个串行接口同时更新任意数量的DAC088S085设备，大大简化了多设备连接的复杂性。同时，它支持同时输出更新，可确保多个通道的输出同步变化，满足一些对同步性要求较高的应用场景。

独立通道断电与宽工作温度范围

每个DAC通道都具备独立的断电功能，用户可以根据实际需求选择关闭部分通道，进一步降低功耗。此外，它的工作温度范围为 -40°C至125°C，能够适应各种恶劣的工业环境，保证设备在不同温度条件下的稳定运行。

应用领域

电池供电仪器

由于其低功耗和小封装的特点，DAC088S085非常适合用于电池供电的仪器设备，如便携式医疗设备、手持测试仪器等。在这些设备中，它能够在有限的电池电量下长时间稳定工作，为设备提供精确的模拟输出。

数字增益和偏移调整

在一些需要精确调整增益和偏移的电路中，DAC088S085可以通过数字方式实现对增益和偏移的调整，提高了调整的精度和灵活性。

可编程电压和电流源

它可以作为可编程电压和电流源，为电路提供可变的电压和电流输出。在一些需要根据不同工况调整电源输出的应用中，DAC088S085能够发挥重要作用。

可编程衰减器

通过SPI接口，DAC088S085可以对信号进行数字衰减，实现从0dB（满量程）到0V的任意衰减级别，且不会给信号添加额外的噪声，在信号处理领域有广泛的应用。

详细解析

架构与功能

DAC088S085采用CMOS工艺制造，其架构由开关和电阻串组成，后面跟随一个输出缓冲器。它使用双外部参考电压VREF1和VREF2，分别为通道A - D和通道E - H提供参考。参考引脚未缓冲，输入阻抗为30kΩ，建议使用低输出阻抗的电压源驱动。

输出放大器

输出放大器为轨到轨类型，能够驱动2kΩ与1500pF并联到地或VA的负载。当参考电压小于VA时，仅在最低代码处会出现线性度损失。

参考电压

参考电压范围为0.5V至VA，为输出提供了最大的动态范围。TI建议使用低噪声、稳定的电压源作为参考，以确保DAC的性能。

功能模式

• 上电复位：上电时，DAC寄存器会被清零，输出电压设置为0V，直到进行有效的写入操作。
• 断电模式：有三种断电模式可供选择，可实现不同的输出端接方式，如高输出阻抗、100kΩ接地和2.5kΩ接地。所有通道断电时，电源电流可降至3V时0.1µA，5V时0.2µA。

编程与接口

• 串行接口：采用三线接口，兼容SPI、QSPI、MICROWIRE和大多数DSP，时钟速率最高可达40MHz。一个有效的串行帧包含16个SCLK下降沿，写入操作通过SYNC信号控制。
• 菊花链操作：允许使用单个串行接口与任意数量的DAC088S085进行通信，只要输入正确数量的数据位，SYNC的上升沿就能正确更新系统中的所有DAC。
• 串行输入寄存器：有写寄存器模式（WRM）和写直通模式（WTM）两种操作模式，以及三种特殊命令操作。通过控制寄存器的前四位DB15 - DB12可以选择不同的模式。

设计建议

电源供应

为了保证DAC088S085的性能，需要为参考输入VREF1和VREF2提供无噪声的电源电压。可以将电源引脚VA和VREF1、VREF2连接在一起，共享相同的电源电压。推荐使用一些高精度、稳定的参考源，如LM4132、LM4050等，也可以选择一些低噪声的稳压器，如LP3985、LP2980。

布局设计

在PCB布局时，应将模拟和数字区域分开，定义模拟和数字电源平面，并确保它们位于同一板层。优先使用单个接地平面，若需要使用单独的接地平面，应在靠近DAC088S085的地方连接。同时，要避免模拟和数字信号交叉，防止噪声干扰。在电源引脚处应使用至少1µF和0.1µF的电容进行旁路，以减少电源噪声。

总结

DAC088S085以其丰富的特性、广泛的应用领域和出色的性能，成为了电子工程师在设计数模转换电路时的理想选择。无论是在电池供电设备、工业控制还是信号处理等领域，它都能发挥重要作用。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择电源、布局PCB，以充分发挥DAC088S085的优势。大家在使用过程中有没有遇到什么特别的问题或者有独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。