深入解析DAC8822：16位双路乘法数模转换器的卓越性能与应用

 

在电子工程师的日常设计工作中，数模转换器（DAC）是不可或缺的关键组件。今天，我们将详细探讨德州仪器（Texas Instruments）的DAC8822，一款16位双路并行输入乘法数模转换器，深入了解其特性、应用以及工作原理。

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1. 产品概述

DAC8822是一款专为单电源（2.7V至5.5V）供电设计的双路乘法数模转换器。它具有出色的性能指标，适用于多种应用场景，如自动测试设备、仪器仪表、数字控制校准以及工业控制PLC等。

2. 产品特性

2.1 高精度与低噪声

• 线性度：±0.5LSB的差分非线性（DNL）和±1LSB的积分非线性（INL），确保了高精度的转换。
• 低噪声：仅12nV/√Hz的噪声水平，为信号处理提供了干净的输出。

2.2 低功耗与高速响应

• 低功耗：在2.7V供电下，每通道的IDD仅为1μA，实现了低功耗运行。
• 高速响应：0.5µs的建立时间，能够快速响应输入信号的变化。

2.3 宽范围参考输入

• 参考带宽：高达10MHz的参考带宽，可适应高频信号的输入。
• 参考电压范围：±18V的参考输入电压范围，支持双极性输出。

2.4 其他特性

• 16位单调性：保证了输出信号的单调变化。
• 4象限乘法参考输入：支持更灵活的信号处理。
• TSSOP - 38封装：节省空间的封装形式，便于PCB布局。
• 工业标准引脚配置：与14位的DAC8805引脚兼容，方便升级和替换。
• 宽温度范围：-40°C至+125°C的工作温度范围，适用于各种恶劣环境。

3. 电气特性

3.1 静态性能

• 分辨率：16位分辨率，提供了精细的信号转换。
• 增益误差与温度系数：满量程增益误差在±1至+4mV之间，满量程温度系数为±1至+2ppm/°C，确保了在不同温度下的稳定性。
• 零误差：双极性零误差在±1至±3mV之间。
• 电源抑制比：PSRR在±0.2至+1.0LSB/V之间，有效抑制电源波动对输出的影响。

3.2 输出特性

• 输出电流：满量程输出电流为2mA。
• 输出电容：输出电容为50pF，与外部电路匹配良好。

3.3 参考输入特性

• 参考电压范围：-18V至+18V的参考电压范围。
• 输入电阻与电容：输入电阻在4至6kΩ之间，输入电容为5pF。

3.4 逻辑输入与输出特性

• 输入电压范围：输入低电压在0.6至0.8V之间，输入高电压在2.1至2.4V之间。
• 输入泄漏电流与电容：输入泄漏电流在0.001至1μA之间，输入电容为8pF。

3.5 电源要求

• 电源电压范围：2.7V至5.5V的电源电压范围。
• 电源电流：正常工作时，电源电流在1至6μA之间。

3.6 交流特性

• 输出电流建立时间：0.5µs的建立时间，实现快速响应。
• 参考乘法带宽：10MHz的参考乘法带宽，支持高频信号处理。
• DAC毛刺脉冲与馈通误差：DAC毛刺脉冲为5nV - s，馈通误差为 - 70dB，保证了输出信号的纯净度。

4. 引脚分配与功能

DAC8822采用TSSOP - 38封装，引脚分配明确，各引脚功能如下：

• 数字输入数据位（D0 - D15）：用于输入16位数字信号。
• 参考输入与反馈电阻引脚（RoFsA、RFBA、RA等）：用于连接外部参考电压和反馈电阻，实现信号的转换和调节。
• 电流输出引脚（IoutA、IoutB）：输出转换后的电流信号。
• 控制引脚（WR、A0、A1、LDAC、RSTSEL、RS）：用于控制数据的写入、寄存器的加载和复位等操作。

5. 时序与功能信息

5.1 时序特性

在不同的电源电压下，数据和地址线的建立时间、保持时间以及脉冲宽度都有明确的要求，确保了数据的正确传输和处理。例如，在VDD = +5.0V时，数据到WR的建立时间为10ns，WR脉冲宽度为10ns。

5.2 地址解码与控制输入功能

地址线A0和A1用于选择要更新的通道，控制输入（RS、WR、LDAC）则用于实现寄存器的复位、数据加载等功能。通过合理设置这些引脚的电平，可以实现对DAC8822的灵活控制。

6. 典型特性曲线

文档中提供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、差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等。这些曲线直观地展示了DAC8822在不同条件下的性能表现，为工程师的设计提供了重要的参考依据。

7. 工作原理

DAC8822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（GND）或输出端（OUT），输出端通过外部I/V转换运算放大器保持在虚拟地电位。外部参考输入电压（VREF）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%负载阻抗。

输出电压由VREF和数字数据（D）根据公式VOUT = ABVREF * D / 65536确定。在选择外部I/V转换运算放大器时，需要注意其失调电压要足够低，以避免因DAC输出阻抗变化而导致的INL误差。推荐使用如OPA277这样的运算放大器，以实现最佳的线性性能。

8. 应用信息

8.1 数字接口

DAC8822的并行总线接口由16位数据总线（D0 - D15）、地址线（A0和A1）和WR控制信号组成。在WR信号变低之前，地址线必须设置好并保持稳定，以防止将错误的数据加载到不需要的输入寄存器中。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。

8.2 稳定性电路

在电流 - 电压（I/V）设计中，DAC8822的电流输出（Iout）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的增益峰值，可以添加一个补偿电容C1（典型值为4pF至20pF）来提高电路的稳定性。

8.3 双极性输出电路

作为一款4象限乘法DAC，DAC8822可以用于生成双极性输出。通过使用如OPA2277这样的双运算放大器，可以用最少的元件实现完整的4象限操作。输出电压由公式VOUT = ((D / 32768) - 1) * VREF确定。

8.4 可编程电流源电路

DAC8822可以集成到电路中，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兼容性的特点。通过匹配电阻网络，可以实现稳定的负载电流输出。在某些情况下，为了消除可能的振荡问题，可以添加一个补偿电容C1，其值可以根据具体应用进行确定。

9. 总结

DAC8822以其高精度、低噪声、低功耗、宽温度范围和灵活的应用特性，成为了电子工程师在数模转换设计中的理想选择。无论是在自动测试设备、仪器仪表还是工业控制等领域，DAC8822都能够发挥出色的性能。在实际应用中，工程师们可以根据具体的需求，合理选择外部电路元件，优化PCB布局，以充分发挥DAC8822的优势。

你在使用DAC8822的过程中遇到过哪些问题？或者你对它的应用有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。