DAC8552：一款高性能16位双通道数模转换器的深度剖析

 

在电子工程师的日常设计中，数模转换器（DAC）是一个不可或缺的角色，它能将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于各种电子设备中。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的DAC8552，一款16位、双通道、超低毛刺、电压输出的数模转换器。

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一、产品概述

DAC8552是一款具备低功耗特性和灵活串行主机接口的16位双通道电压输出DAC。它的每个片上精密输出放大器能在2.7V至5.5V的电源范围内实现轨到轨输出摆幅。该器件支持标准的3线串行接口，在5V电压下，输入数据时钟频率最高可达30MHz。其出色的性能使其成为便携式、电池供电设备以及其他低功耗应用的理想选择。

二、产品特性

（一）高精度与低毛刺

1. 相对精度：相对精度可达±4LSB（最大±12LSB），这保证了输出信号的准确性，能满足对精度要求较高的应用场景。
2. 毛刺能量：毛刺能量仅为0.15nV - s，有效减少了信号转换过程中的干扰，提高了信号质量。

（二）低功耗设计

1. 正常工作功耗：在2.7V电源下，每通道功耗仅为0.5mW，大大降低了设备的整体功耗，适合便携式设备。
2. 掉电模式功耗：掉电模式下，功耗可降至1µW，电流消耗在5V时仅为700nA，进一步节省了能源。

（三）灵活的输出与控制

1. 输出缓冲放大器：片上输出缓冲放大器支持轨到轨操作，输出范围广，能适应不同的负载需求。
2. 双缓冲输入架构：支持同时或顺序输出更新和掉电操作，提供了更多的控制选项。

（四）良好的交流性能

1. 超低交流串扰：交流串扰典型值为 - 100dB，有效减少了通道之间的干扰，提高了多通道应用的性能。
2. 高信噪比：在特定条件下，信噪比可达95dB，保证了输出信号的纯净度。

三、电气特性详解

（一）静态性能

1. 分辨率：16位分辨率，能提供更精细的模拟输出信号。
2. 相对精度与微分非线性：如前文所述，相对精度和微分非线性表现出色，确保了输出信号的线性度。
3. 零码误差与满量程误差：零码误差和满量程误差在规定范围内，保证了输出信号的准确性。

（二）输出特性

1. 输出电压范围：输出电压范围为0V至VREF，可根据参考电压灵活调整。
2. 建立时间：建立时间短，例如在特定负载条件下，建立时间为8 - 12µs，能快速响应输入信号的变化。
3. 压摆率与负载稳定性：压摆率为1.8V/µs，电容负载稳定性良好，能驱动一定的容性负载。

（三）交流性能

1. 信噪比与无杂散动态范围：信噪比和无杂散动态范围表现优秀，满足对信号质量要求较高的应用。
2. 参考输入特性：参考输入范围为0V至VDD，参考输入阻抗为62kΩ，能适应不同的参考电压源。

四、引脚配置与功能

DAC8552采用MSOP - 8封装，各引脚功能如下：

1. VDD：电源输入，范围为2.7V至5.5V。
2. VREF：参考电压输入，用于设置输出范围。
3. VOUTA和VOUTB：分别为DAC A和DAC B的模拟输出电压。
4. SYNC：电平触发的同步输入（低电平有效），用于帧同步。
5. SCLK：串行时钟输入，数据传输速率最高可达30MHz（5V时）。
6. DIN：串行数据输入，数据在串行时钟的下降沿时钟输入。
7. GND：接地参考点。

五、工作原理

（一）DAC架构

每个通道的DAC架构由电阻串DAC和输出缓冲放大器组成。输入编码为单极直二进制，理想输出电压由公式$V{OUT } A, B=V{REF } × \frac{D}{65536}$计算得出，其中D为加载到DAC寄存器的二进制代码的十进制等效值。

（二）串行接口

采用3线串行接口（SYNC、SCLK和DIN），兼容SPI™、QSP™和Microwire™接口标准。数据传输过程中，SYNC信号控制数据的写入和更新，SCLK提供时钟信号，DIN传输数据。在24个SCLK下降沿后，数据被锁存并执行相应操作。

（三）输入移位寄存器

输入移位寄存器为24位，由8位控制位和16位数据位组成。控制位用于控制数据的写入、更新和掉电模式，数据位则根据控制字节的命令传输到指定的数据缓冲器或DAC寄存器。

六、操作模式

（一）上电复位

DAC8552包含上电复位电路，上电时DAC寄存器填充为零，输出电压设置为零刻度，直到对相应通道进行有效写入和加载命令。

（二）掉电模式

共有四种操作模式，通过设置控制寄存器中的PD1和PD0两位来实现。正常模式下功耗为450µA（5V时），三种掉电模式下，5V时电源电流降至700nA（3V时为400nA），同时输出级内部切换到已知值的电阻网络，方便在掉电模式下了解输出阻抗。

七、应用案例

（一）便携式仪器

低功耗特性使其适合用于便携式仪器，延长电池续航时间。

（二）闭环伺服控制

高精度和良好的交流性能能满足闭环伺服控制对信号质量和稳定性的要求。

（三）过程控制与数据采集系统

在过程控制和数据采集系统中，能准确地将数字信号转换为模拟信号，实现对过程的精确控制和数据采集。

八、设计注意事项

（一）电源与布局

1. 电源应采用稳压、低噪声电源，避免使用开关电源和DC/DC转换器，防止高频噪声耦合到DAC输出。建议使用1µF至10µF电容与0.1µF旁路电容并联，必要时可增加额外的旁路元件。
2. 布局时，GND和VDD应分别连接到独立的模拟地平面和正电源平面，直到电源入口点再连接，以减少数字噪声对模拟输出的影响。

（二）驱动负载

输出级能驱动最大1000pF的负载，但在驱动电阻性负载时，输出电压应至少低于VDD电压100mV，以保证线性度。

（三）串扰与交流性能

采用独立的电阻串实现超低串扰，在设计时可充分利用这一特性，提高系统的抗干扰能力。

总之，DAC8552是一款性能出色、功能丰富的数模转换器，电子工程师在设计时，可根据其特性和应用场景，合理选择和使用，以实现最佳的设计效果。你在使用DAC8552的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。