DAC8805数字模拟转换器数据手册

 

在电子工程领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨一款性能出色的DAC——德州仪器（Texas Instruments）的DAC8805。它具有诸多优秀特性，适用于多种应用场景，下面就为大家详细介绍。

文件下载：dac8805.pdf

一、DAC8805的关键特性

高精度与低噪声

DAC8805拥有±0.5LSB的微分非线性（DNL）和积分非线性（INL），这意味着它在转换过程中能够保持高度的线性度，有效减少转换误差。同时，其低噪声特性也十分突出，噪声仅为12nV/√Hz，能够为系统提供稳定、纯净的模拟输出。

低功耗设计

在功耗方面，DAC8805表现出色。在2.7V供电时，每通道的电源电流$I_{DD}$仅为1μA，这使得它在对功耗要求较高的应用场景中具有很大的优势，有助于延长设备的续航时间。

快速响应

该DAC的建立时间仅为0.5µs，能够快速响应数字输入的变化，及时输出稳定的模拟信号，满足高速系统的需求。

宽温度范围与高兼容性

DAC8805的工作温度范围为–40°C到 +125°C，这使得它能够适应各种恶劣的工作环境。此外，它采用TSSOP - 38封装，具有行业标准的引脚配置，并且与16位的DAC8822引脚兼容，方便工程师进行升级和替换。

二、电气特性详解

静态性能

• 分辨率：14位的分辨率能够提供较高的转换精度，满足大多数应用的需求。
• 相对精度：INL最大为±1LSB，确保了输出信号的准确性。
• 输出泄漏电流：在不同温度条件下，输出泄漏电流都非常小，数据为0000h时，常温下为10nA，全温度范围下为20nA。

输出特性

输出电流为2mA，输出电容与代码相关，最大为50pF。这使得它能够为后续电路提供合适的驱动能力。

参考输入

参考电压范围为–18V到 +18V，输入电阻（单极性）为4 - 6kΩ，输入电容为5pF。这些参数为外部参考信号的输入提供了较大的灵活性。

逻辑输入与输出

输入低电压$V{IL}$和输入高电压$V{IH}$在不同电源电压下有明确的规定，输入泄漏电流最大为1µA，输入电容为8pF，确保了数字信号的稳定输入。

电源要求

电源电压范围为2.7V到5.5V，在不同的工作条件下，电源电流$I_{DD}$在1 - 6µA之间，功耗较低。

交流特性

输出电流建立时间在不同精度要求下有所不同，最快为0.3µs。参考乘法带宽为10MHz，总谐波失真为–105dB，这些特性使得它在交流信号处理方面表现出色。

三、引脚分配与功能

DAC8805的引脚分配清晰，每个引脚都有其特定的功能。例如，RoFsA和RoFsB为双极性偏移电阻引脚，RFBA和RFBB为内部匹配反馈电阻引脚，VREFA和VREFB为参考输入引脚，louTA和louTB为电流输出引脚等。通过合理连接这些引脚，可以实现不同的功能和应用。

四、典型特性分析

文档中给出了大量的典型特性曲线，如线性误差与数字输入代码的关系、微分线性误差与数字输入代码的关系、满量程误差与温度的关系、双极性零误差与温度的关系等。这些曲线直观地展示了DAC8805在不同条件下的性能表现，为工程师在设计过程中提供了重要的参考依据。

五、工作原理

DAC8805采用R - 2R梯形结构，其中三个最高有效位（MSB）进行了分段处理。每个2R支路可以切换到地或输出端，输出端通过外部I/V转换器运算放大器保持在虚拟地电位。外部参考输入$V_{REF}$决定了DAC的满量程输出电流，R - 2R梯形网络对外部参考呈现与代码无关的5kΩ± 25%的负载阻抗。

根据公式$V{OUT } A / B=-V{REF } × \frac{D}{16384}$，DAC的输出电压由$V_{REF}$和数字数据（D）决定。在选择外部I/V转换器运算放大器时，需要注意其偏移电压要足够低，以避免因DAC输出阻抗变化而产生INL误差。例如，推荐使用OPA277运算放大器，以实现最佳的线性性能。

六、应用信息

数字接口

DAC8805的并行总线接口由14位数据总线D0 - D13、地址线A0和A1以及WR控制信号组成。在使用时，地址线必须在WR信号变低之前设置好并保持稳定，以防止将错误的数据加载到不期望的输入寄存器中。通过控制LDAC信号，可以同时更新两个通道的输出。此外，还提供了复位控制（RS）和复位选择控制（RSTSEL）信号，允许用户将输入和DAC寄存器复位到零刻度或中间刻度代码。

稳定性电路

在电流 - 电压（I/V）设计中，DAC8805的电流输出（$I{out}$）与运算放大器的反相输入端的连接应尽可能短，并遵循正确的印刷电路板（PCB）布局设计。为了防止因运算放大器的增益带宽积（GBP）有限和反相输入端的寄生电容过大而导致增益峰值，可以在设计中添加一个补偿电容$C{1}$（典型值为4pF到20pF），以提高电路的稳定性。

双极性输出电路

作为一个4象限乘法DAC，DAC8805可以用于生成双极性输出。通过公式$V{OUT }=\left(\frac{D}{8192}-1\right) × V{REF }$，可以实现双极性输出。使用双运算放大器（如OPA2277），可以用最少的元件实现完整的4象限操作。例如，图43展示了一个具有固定+10V参考的±10V输出电路。

可编程电流源电路

DAC8805可以集成到图44所示的电路中，实现改进的Howland电流泵，用于精确的V/I转换。该电路具有双向电流流动和高电压合规性的特点。在匹配电阻网络的情况下，负载电流由公式$L A / B=\frac{\left(R{2}+R{3}\right) / R{1}}{R{3}} × V{R E F} × \frac{D}{16384}$决定。为了消除可能的振荡问题，可以在电路中加入补偿电容$C{1}$。在某些情况下，根据公式$Z{0}=\frac{R{1}' R{3}\left(R{1}+R{2}\right)}{R{1}\left(R{2}'+R{3}'\right)-R{1}'\left(R{2}+R_{3}\right)}$，可以调整电阻值来优化电路性能。

七、总结

DAC8805以其高精度、低噪声、低功耗、快速响应等优秀特性，成为众多应用场景的理想选择。无论是自动测试设备、仪器仪表，还是工业控制PLC等领域，它都能够发挥出色的性能。通过深入了解其特性、引脚功能、工作原理和应用电路，工程师们可以更好地利用这款DAC，设计出更加稳定、高效的电子系统。大家在实际应用中，是否也遇到过类似DAC的选型和设计问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。