DAC7573：一款高性能低功耗数模转换器的深度解析

 

在电子设计领域，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它能够将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于各种需要模拟输出的系统中。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）推出的DAC7573这款低功耗、四通道、12位缓冲电压输出DAC。

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一、产品概述

DAC7573是一款专为满足低功耗应用需求而设计的数模转换器。它采用了I²C兼容的两线串行接口，支持高达3.4 Mbps的数据传输速率，具备12位的分辨率，能够实现高精度的模拟输出。其工作温度范围为 -40°C 至 105°C，适用于各种恶劣的工业环境。此外，该芯片还具有电源上电复位至零的功能，确保在开机时输出电压为零，提高了系统的安全性和稳定性。

二、产品特性

2.1 低功耗运行

DAC7573在5V电源电压下的工作电流仅为600µA，处于微功耗运行状态。在电源关闭模式下，电流消耗可降低至200nA，大大延长了电池供电设备的续航时间。例如，在便携式仪器仪表等应用中，低功耗特性可以减少电池的更换频率，提高设备的使用效率。

2.2 宽电源电压范围

该芯片的模拟电源电压范围为 +2.7V 至 +5.5V，这使得它可以适应不同的电源环境，增加了设计的灵活性。无论是使用电池供电还是使用稳定的电源模块，DAC7573都能正常工作。

2.3 高精度输出

DAC7573具有12位的分辨率，相对精度为 ±8 LSB，差分非线性度为 ±1 LSB，能够实现高精度的模拟输出。在需要精确控制模拟信号的应用中，如过程控制、数据采集系统等，DAC7573可以提供稳定可靠的输出。

2.4 强大的接口能力

它支持I²C接口，数据传输速率高达3.4 Mbps，能够满足高速数据传输的需求。同时，该芯片支持多达16个DAC7573的地址，可实现多达64个通道的同步更新，适用于多通道的应用场景。

2.5 轨到轨输出

芯片内部集成了输出缓冲放大器，能够实现轨到轨的输出摆幅，输出电压范围为0V至VREFH，提高了输出信号的动态范围。

三、应用领域

3.1 过程控制

在工业自动化生产中，过程控制需要精确的模拟信号来控制各种执行器。DAC7573的高精度输出和低功耗特性使其成为过程控制应用的理想选择。例如，在温度、压力、流量等参数的控制中，DAC7573可以将数字控制信号转换为精确的模拟电压信号，实现对执行器的精确控制。

3.2 数据采集系统

数据采集系统需要将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号进行处理。DAC7573可以作为数据采集系统中的参考电压源，为系统提供稳定的参考电压，提高数据采集的精度。

3.3 闭环伺服控制

在闭环伺服控制系统中，需要实时反馈控制信号来调整执行器的位置和速度。DAC7573的高速数据传输和高精度输出特性可以满足闭环伺服控制的实时性和精确性要求。

3.4 PC外设

在计算机外设中，如打印机、扫描仪等，需要精确的模拟信号来控制打印头和扫描器的运动。DAC7573可以为这些外设提供稳定可靠的模拟信号，提高外设的性能。

3.5 便携式仪器仪表

由于DAC7573的低功耗特性，它非常适合应用于便携式仪器仪表中。例如，在手持示波器、万用表等设备中，DAC7573可以减少电池的消耗，延长设备的使用时间。

四、工作原理

4.1 D/A部分

DAC7573的架构由一个电阻串DAC和一个输出缓冲放大器组成。电阻串DAC通过将输入的数字代码转换为相应的电压值，然后通过输出缓冲放大器将电压信号输出。其理想输出电压可以通过公式 $V{OUT }=V{REF } L+\left(V{REF } H-V{REF } L\right) × \frac{D}{4096}$ 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，范围为0至4095。

4.2 电阻串

电阻串部分由一个二分电阻和一串阻值为R的电阻组成。加载到DAC寄存器的代码决定了在电阻串的哪个节点上提取电压，并通过闭合连接电阻串和放大器的开关之一将电压输入到输出放大器。由于采用了电阻串架构，该芯片具有单调性。

4.3 输出放大器

输出缓冲放大器是一个增益为2的同相放大器，能够在其输出端产生轨到轨的电压，输出范围为0V至VDD。它能够驱动一个2kΩ与1000pF并联的负载到地，具有良好的驱动能力。

4.4 I²C接口

I²C是一种由飞利浦半导体开发的两线串行接口，由数据线（SDA）和时钟线（SCL）组成。DAC7573作为从设备，支持标准模式（100 kbps）、快速模式（400 kbps）和高速模式（3.4 Mbps）的数据传输。在数据传输过程中，主设备负责生成SCL信号和设备地址，通过发送开始条件和停止条件来控制数据的传输。

五、电气特性

5.1 静态性能

DAC7573的分辨率为12位，相对精度为 ±8 LSB，差分非线性度为 ±1 LSB，零刻度误差为5 - 20 mV，满刻度误差为 -0.15 - ±1.0 % of FSR，增益误差为 ±1.0 % of FSR，零代码误差漂移为 ±7 µV/°C，增益温度系数为 ± 3 ppm of FSR/°C。这些参数保证了芯片在不同工作条件下的高精度输出。

5.2 输出特性

输出电压范围为0 - VREFH，输出电压建立时间在不同负载条件下有所不同，满量程输出时，RL = ∞；0 pF < CL < 200 pF时为8 - 10 µs，RL = ∞；CL = 500 pF时为12 µs。压摆率为1 V/µs，直流串扰（通道间）为0.02 LSB，交流串扰（通道间）在1 kHz正弦波时为 -100 dB，电容负载稳定性在RL= ∞时为470 pF，RL= 2 kΩ时为1000 pF。

5.3 参考输入

VREFH输入范围为0 - VDD，VREFL输入范围为VREFL < VREFH，0 - GND - VDD，参考输入阻抗为25 kΩ，参考电流在VREF = VDD = +5 V时为185 - 260 µA，VREF = VDD = +3 V时为122 - 200 µA。

5.4 逻辑输入

输入电流为 ±1 µA，输入低电压为0.3xIOVDD，输入高电压在VDD = 3 V时为0.7xIOVDD，引脚电容为3 pF。

5.5 电源要求

VDD和IOVDD的电压范围为2.7 - 5.5 V，正常工作时的IDD电流在VDD = +3.6V 至 +5.5V，VIH = IOVDD和VIL = GND时为600 - 900 µA，VDD = +2.7V 至 +3.6V，VIH = IOVDD和VIL = GND时为550 - 750 µA。

六、典型特性

通过一系列的典型特性曲线，我们可以更直观地了解DAC7573的性能。例如，线性误差和差分线性误差与数字输入代码的关系曲线可以帮助我们评估芯片的线性度；零刻度误差和满刻度误差与温度的关系曲线可以反映芯片在不同温度下的稳定性。这些曲线为我们在实际应用中选择合适的工作条件提供了重要的参考。

七、使用注意事项

7.1 电源供应

DAC7573对电源的稳定性要求较高，建议使用低噪声、稳定的电源。在布局时，应将VDD连接到独立的正电源平面或走线，并使用1 µF至10 µF的电容与0.1 µF的旁路电容并联，以减少电源噪声的影响。

7.2 引脚连接

在连接引脚时，应注意各引脚的功能和电气特性。例如，SDA和SCL线需要连接上拉电阻，上拉电阻的大小应根据总线的工作速度和电容来选择。同时，要确保引脚的连接正确，避免短路或开路等问题。

7.3 静电防护

由于该芯片容易受到静电放电（ESD）的影响，在操作过程中应采取适当的静电防护措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等。

7.4 负载驱动

在驱动负载时，要注意负载的电阻和电容值，确保芯片能够稳定地驱动负载。如果负载电容过大，可能会影响输出电压的建立时间和稳定性。

八、总结

DAC7573是一款性能卓越、功能强大的数模转换器，具有低功耗、高精度、宽电源电压范围等优点。它适用于各种需要高精度模拟输出的应用场景，如过程控制、数据采集系统、闭环伺服控制等。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的工作条件，并注意电源供应、引脚连接、静电防护和负载驱动等问题，以确保芯片的正常工作和系统的稳定性。希望通过本文的介绍，能够帮助电子工程师更好地了解和使用DAC7573这款芯片。

各位电子工程师们，你们在使用DAC7573的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。