深度剖析 DAC8806：14 位并行输入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）是一个至关重要的组件。今天，我们就来深入探讨 Texas Instruments 公司推出的一款优秀的 14 位并行输入乘法数模转换器——DAC8806。

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一、DAC8806 概述

DAC8806 是一款专为单 2.7V 至 5.5V 电源设计的乘法数模转换器。它通过外部参考输入电压 $V{REF}$ 来确定满量程输出电流，内部反馈电阻 $(R{FB})$ 与外部电流 - 电压（I/V）精密放大器配合，为满量程输出提供温度跟踪功能。其并行接口实现了高速通信，并且采用了节省空间的 SSOP - 28 封装，引脚排列符合行业标准。

二、关键特性分析

2.1 高精度性能

• 线性度：±0.5 LSB DNL（差分非线性）和 ±1 LSB INL（积分非线性），确保了 14 位的单调性，这意味着在转换过程中能够提供非常精确的输出，减少了误差，适用于对精度要求极高的应用场景。
• 低噪声与低功耗：噪声仅为 10 nV/√Hz，功耗极低，$I_{DD}=2 \mu A$，这使得它在对功耗和噪声敏感的设计中具有很大的优势。

2.2 宽工作范围

• 电源与参考输入：模拟电源范围为 +2.7 V 至 +5.5 V，参考输入范围为 ±15 V，参考带宽达到 8 MHz，能够适应不同的电源和信号环境。
• 快速响应：建立时间仅为 0.5 µs，能够快速响应输入信号的变化，满足高速应用的需求。

2.3 四象限乘法参考

支持四象限乘法参考，为设计带来了更多的灵活性，可用于各种复杂的信号处理和控制应用。

三、电气特性详解

3.1 静态性能

• 分辨率：14 位的分辨率，能够提供更精细的输出，满足高精度的转换需求。
• 相对精度：±1 LSB 的相对精度，保证了输出的准确性。
• 差分非线性与积分非线性：差分非线性在 ±0.5 至 ±1 LSB 之间，积分非线性也控制在合理范围内，确保了线性度。

3.2 输出特性

• 输出电流：典型输出电流为 1.66 mA，能够满足大多数负载的需求。
• 输出电容：与代码相关，典型值为 50 pF，对输出信号的影响较小。

3.3 参考输入特性

• 参考电压范围：-15 V 至 +15 V 的参考电压范围，为设计提供了更广泛的选择。
• 输入电阻与电容：输入电阻在 4.5 kΩ 至 7.5 kΩ 之间，输入电容为 5 pF，能够与不同的参考源良好匹配。

3.4 逻辑输入与输出特性

• 输入电压：输入低电压在不同电源电压下有明确的规定，输入高电压也能保证稳定的逻辑识别。
• 输入泄漏电流与电容：输入泄漏电流较小，输入电容为 8 pF，减少了对前级电路的影响。

3.5 交流特性

• 输出电流设置时间：仅为 0.5 µs，响应速度快。
• 参考乘法带宽：达到 8 MHz，能够处理高频信号。
• DAC 毛刺脉冲与馈通误差：毛刺脉冲和馈通误差都控制在较低水平，保证了输出信号的质量。

四、引脚分配与功能

DAC8806 的引脚分配明确，每个引脚都有特定的功能。例如，REF 引脚用于参考输入，IOUT 引脚为 DAC 电流输出，LDAC 引脚用于控制数据加载到 DAC 寄存器等。了解这些引脚的功能对于正确使用 DAC8806 至关重要。

五、工作原理剖析

DAC8806 采用 R - 2R 梯形结构，其中三个最高有效位（MSBs）进行了分段处理。每个 2R 支路可以切换到 GND 或 IOUT 端子，通过外部 I/V 转换器运算放大器将 DAC 的 IOUT 端子保持在虚拟地电位。R - 2R 梯形连接到外部参考输入 $(V_{REF})$，该参考输入决定了 DAC 的满量程电流。这种结构使得 DAC8806 能够提供稳定的输出，并且对外部参考呈现与代码无关的负载阻抗。

六、应用案例分析

6.1 自动测试设备与仪器仪表

在自动测试设备和仪器仪表中，需要高精度的信号转换和控制。DAC8806 的高精度和快速响应特性使其能够满足这些应用的需求，确保测试和测量的准确性。

6.2 数字控制校准

在数字控制校准系统中，DAC8806 可以根据数字输入精确地调整输出信号，实现对系统的校准和补偿。

6.3 工业控制 PLC

在工业控制可编程逻辑控制器（PLC）中，DAC8806 可以将数字信号转换为模拟信号，用于控制各种工业设备，如电机、阀门等。

6.4 乘法模式 THD 与频率关系

在不同的乘法模式下，DAC8806 的总谐波失真（THD）与频率之间存在一定的关系。通过合理选择滤波器和工作参数，可以降低 THD，提高输出信号的质量。

6.5 稳定性电路设计

在电流 - 电压（I/V）设计中，为了保证电路的稳定性，需要注意 DAC8806 电流输出与运算放大器反相节点的连接，并且可以添加补偿电容 C1 来防止增益峰值的出现。

6.6 双极性输出电路与可编程电流源电路

DAC8806 可以用于设计双极性输出电路和可编程电流源电路，实现双向电流流动和高精度的 V/I 转换。

七、总结与建议

DAC8806 是一款性能卓越的 14 位并行输入乘法数模转换器，具有高精度、低噪声、低功耗、宽工作范围等优点。在实际应用中，我们需要根据具体的需求合理选择工作参数，注意电路的稳定性设计，以充分发挥其性能优势。同时，在使用过程中要注意 ESD 防护，避免对器件造成损坏。

各位电子工程师在设计过程中，不妨考虑使用 DAC8806，相信它会为你的设计带来意想不到的效果。大家在使用过程中有任何问题或者经验，欢迎在评论区分享交流。