深入剖析DAC5675：高性能数模转换器的卓越之选

 

在电子工程师的日常工作中，数模转换器（DAC）是一个至关重要的组件，它广泛应用于通信、测试测量等众多领域。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的一款高性能14位、400-MSPS数模转换器——DAC5675。

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产品概述

DAC5675专为高速数字数据传输而设计，适用于有线和无线通信系统、高频直接数字合成（DDS）以及测试测量应用中的波形重建。它在高中频下具有出色的无杂散动态范围（SFDR），非常适合基于TDMA和CDMA的蜂窝基站收发信机（BTS）中的多载波传输。

特性亮点

高速更新率

DAC5675拥有400-MSPS的更新率，能够满足高速数据处理的需求，为系统提供快速的数据转换能力。

低功耗LVDS接口

采用LVDS（低电压差分信号）兼容输入接口，具有低差分电压摆幅和低恒定功耗的特点，能够实现高速数据传输，同时降低电磁干扰（EMI）。

出色的动态性能

• SFDR表现：在70-MHz中频、400 MSPS的条件下，SFDR可达 -69 dBc，有效抑制杂散信号，提高信号质量。
• ACPR指标：在30.72-MHz中频、122.88 MSPS时，W-CDMA邻道功率比（ACPR）为 -73 dBc；在61.44-MHz中频、245.76 MSPS时，ACPR为 -71 dBc，保证了在多载波应用中的良好性能。

可调节输出电流

提供差分可扩展电流输出，范围为2 mA至20 mA，用户可以根据实际需求灵活调整输出电流大小。

单电源供电

仅需单一的3.3-V电源即可工作，简化了电源设计，降低了系统复杂度。

低功耗设计

在 $f{clk }=400 MSPS$ 、$f{out }=70 MHz$ 的条件下，功耗仅为820 mW，有助于降低系统的整体功耗。

封装优势

采用48引脚HTQFP PowerPad封装，热阻 $T_{JA}=28.8^{\circ}C / W$，能够有效散热，保证芯片在高温环境下的稳定工作。

应用领域

通信领域

• 蜂窝基站：支持CDMA（WCDMA、CDMA2000、IS - 95）和TDMA（GSM、IS - 136、EDGE/GPRS）等多种通信标准，可用于单载波和多载波应用，为基站的信号传输提供高质量的模拟信号。
• 电缆调制解调器前端：在电缆调制解调器的前端，DAC5675能够将数字信号转换为模拟信号，实现数据的高效传输。

测试测量领域

• 任意波形生成：可用于生成各种复杂的波形，满足测试测量设备对不同信号的需求。
• 直接数字合成（DDS）：在DDS系统中，DAC5675能够将数字合成的信号转换为模拟信号，实现高精度的频率合成。

详细技术分析

内部结构与工作原理

DAC5675由分段式非晶体管电流源阵列组成，能够提供高达20 mA的满量程输出电流。差分电流开关将每个电流源的电流导向互补输出节点IOUT1或IOUT2，实现差分操作，有效抵消共模噪声源、直流偏移和偶次失真分量，从而使信号输出功率加倍。

数字输入

• LVDS接口：采用LVDS总线输入接口，具有低差分电压摆幅和低恒定功耗的特点，每个互补数据输入的功耗约为4 mA。LVDS的差分特性使得数据传输速度快、电磁干扰低。内部集成110 - Ω电阻，用于正确端接。
• CMOS/TTL兼容输入：SLEEP和DLLOFF引脚为CMOS/TTL兼容数字输入，方便与其他数字电路连接。

时钟输入与时序

• DLL锁相环：内部集成延迟锁定环（DLL），用于内部时钟对齐。当更新率超过100 MSPS时，应启用DLL，以最大化数字输入的建立和保持时间，但不影响DAC的模拟输出。
• 差分时钟输入：采用差分时钟输入，内部边沿触发触发器在正时钟输入CLK的上升沿（负/互补时钟输入CLKC的下降沿）锁存输入字，DAC核心在CLK的下一个上升沿（CLKC的下降沿）更新数据字，转换延迟为一个时钟周期。DAC5675提供最小的建立和保持时间（> 0.25 ns），对外部接口时序要求不高。时钟占空比可在电气特性规定的时序约束下任意选择，但50%占空比可获得最佳动态性能。

电源输入

DAC5675具有独立的模拟和数字电源（AVDD和DVDD），电源输入可在3.6 V至3.15 V之间独立设置，提高了电源设计的灵活性。

DAC传输函数

DAC5675提供互补输出电流IOUT1和IOUT2，支持直二进制编码。输出电流与输入数据字的关系可以通过公式进行计算，差分输出电压能够使负载上的信号功率加倍，但需要注意避免超过输出节点的合规电压，以免增加信号失真。

参考操作

内部集成带隙参考和控制放大器，用于偏置满量程输出电流。通过外部电阻RBIAS设置偏置电流IBIAS，满量程输出电流等于16倍的IBIAS。带隙参考电压为1.2 V，也可以通过向EXTIO端子施加外部电压来覆盖该参考电压。

模拟电流输出

• 变压器耦合输出：可通过适当选择变压器，轻松配置为驱动双端接50 - Ω电缆。1:1和4:1阻抗比配置能够最大程度地抑制共模噪声源和偶次失真分量，提高输出功率。
• 其他输出配置：还可以采用外部匹配电阻负载或电流/电压（I - V）配置，根据不同的应用需求选择合适的输出方式。

睡眠模式

DAC5675具有睡眠模式，通过向SLEEP引脚施加逻辑电平1（例如将SLEEP引脚连接到AVDD引脚），可以关闭输出电流，将电源电流降低至约45 mA，实现低功耗运行。

电气特性

直流特性

• 线性度：积分非线性（INL）在 -4 至 +2 LSB之间，差分非线性（DNL）在 -2 至 +2 LSB之间，保证了输出信号的线性度。
• 偏移和增益误差：偏移误差为0.02% FSR，增益误差在不使用内部参考时为 -10% 至 +10% FSR，使用内部参考时可进一步优化。
• 输出电阻和电容：输出电阻约为300 kΩ，输出电容为5 pF。

交流特性

• SFDR和ACPR：在不同的中频和更新率条件下，SFDR和ACPR具有良好的表现，具体数值可参考数据手册。
• 其他交流指标：如总谐波失真（THD）、信噪比（SNR）等也满足高性能应用的需求。

数字接口特性

• LVDS接口：正/负差分输入电压阈值、内部端接阻抗、输入电容等参数都有明确的规定，确保LVDS接口的稳定工作。
• CMOS接口和时钟接口：SLEEP、CLK和CLKC引脚的输入电压、电流、电阻和电容等特性也在数据手册中详细列出。

典型特性曲线

数据手册中提供了一系列典型特性曲线，如功率与输出频率的关系、邻道功率比（ACPR）与输出频率的关系、无杂散动态范围（SFDR）与输出频率的关系等，这些曲线能够帮助工程师更好地了解DAC5675在不同工作条件下的性能表现，为电路设计提供参考。

封装与热信息

封装形式

DAC5675采用48引脚HTQFP PowerPad封装，这种封装具有良好的散热性能，能够有效降低芯片的温度，提高系统的可靠性。

热设计

PowerPad封装集成了暴露的散热焊盘，需要直接焊接到印刷电路板（PCB）上。通过使用热过孔，散热焊盘可以连接到合适的铜平面或特殊的散热结构，优化集成电路（IC）的散热效果。具体的热设计信息可以参考德州仪器的相关技术文档。

总结

DAC5675作为一款高性能的数模转换器，具有高速更新率、低功耗、出色的动态性能和灵活的输出配置等优点，适用于多种通信和测试测量应用。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择工作参数和外部电路，充分发挥DAC5675的性能优势。同时，要注意参考数据手册中的电气特性和推荐工作条件，确保电路的稳定运行。希望本文能够对大家在使用DAC5675进行电路设计时有所帮助。你在使用DAC5675的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。