深入解析DAC2904：高性能14位双路DAC的卓越之旅

 

在电子设计领域，数模转换器（DAC）犹如一座桥梁，连接着数字世界与模拟世界。今天，我们将深入探讨TI公司的DAC2904，一款高性能的14位双路DAC，看看它在各种应用场景中如何展现其独特的魅力。

文件下载：dac2904.pdf

一、DAC2904概述

DAC2904是一款采用先进CMOS工艺制造的14位双路高速DAC，专为追求高动态性能和低功耗的应用而设计。它的更新速率高达125MSPS，单电源供电（+3.3V或+5V），具备出色的无杂散动态范围（SFDR）和低毛刺特性，非常适合通信、医疗/测试仪器等领域的波形合成应用。

二、产品特性亮点

（一）高速与高性能

• 高更新速率：125MSPS的更新速率能够满足高频信号处理的需求，为“Direct IF”应用提供了有力支持。
• 高SFDR：在输出频率为10MHz时，SFDR可达78dB，有效抑制杂散信号，提高了信号的纯净度。
• 低毛刺：仅2pV - s的毛刺能量，大大减少了输出信号的干扰，提升了动态性能。

（二）低功耗设计

正常工作模式下功耗仅310mW，而在掉电模式下功耗可低至23mW，有效降低了系统的整体功耗，延长了设备的续航时间。

（三）集成度与兼容性

• 内部参考：内置参考电路，无需外部参考源，简化了电路设计。
• 引脚兼容：与同系列的10位（DAC2900）、12位（DAC2902）以及AD9767双路DAC引脚兼容，方便用户进行升级和替换。
• 增益和偏移匹配：增益匹配典型值为满量程的0.5%，偏移匹配最大值为0.02%，确保了两路输出的一致性。

三、电气特性剖析

（一）分辨率与更新速率

分辨率为14位，能够提供更精细的模拟输出。输出更新速率最高可达125MSPS，满足高速信号转换的需求。

（二）静态精度

• 差分非线性（DNL）：在TA = +25°C时，最大为+4.0 LSB，保证了输出信号的线性度。
• 积分非线性（INL）：在TA = +25°C时，最大为+5.0 LSB，进一步提高了输出信号的准确性。

（三）动态性能

在不同的输出频率和时钟频率下，DAC2904都展现出了出色的动态性能，如SFDR、总谐波失真（THD）、多音功率比等指标都表现优异。例如，在fOUT = 1MHz，fCLOCK = 50MSPS，0dBFS输出时，SFDR可达82dBc。

（四）直流精度

• 满量程输出范围：全比特为高电平时，输出电流范围为2 - 20mA，可根据实际需求进行调整。
• 增益误差和偏移误差：增益误差和偏移误差都在较小范围内，且增益匹配和偏移匹配性能良好，确保了输出信号的准确性和一致性。

四、工作原理与架构

（一）电流转向技术

DAC2904采用电流转向技术，通过内部的分段电流源阵列实现快速切换和高更新速率。当DAC更新时，内部解码器对差分电流开关进行寻址，将电流引导至输出求和节点，形成相应的输出电流。

（二）分段架构优势

分段架构显著降低了毛刺能量，提高了动态性能（SFDR）和DNL。同时，电流输出保持了极高的输出阻抗（大于200kΩ），减少了负载对输出信号的影响。

（三）参考电路与输出电流控制

内部参考电压为1.25V，通过外部电阻$R{SET}$确定参考电流$I{REF}$，再将$I{REF}$乘以32得到满量程输出电流$I{OUTFS}$。通过调整$R_{SET}$的值，可以将输出电流范围控制在2 - 20mA之间。

五、应用电路与配置

（一）输出配置多样性

DAC2904的电流输出支持多种配置，如单端输出、差分输出、差分变压器输出、差分运放输出等，可根据不同的应用需求进行选择。

（二）差分变压器配置

使用RF变压器可以将差分输出信号转换为单端信号，同时显著降低共模信号，提高动态性能。在选择变压器时，需要根据输出频谱和阻抗要求进行精心挑选。

（三）差分运放配置

通过差分运放可以实现差分信号到单端信号的转换，并支持直流耦合。在选择运放时，需要考虑其压摆率、谐波失真和输出摆幅等性能指标。

（四）双跨阻输出配置

将DAC输出连接到双电压反馈运放的求和节点，可实现跨阻转换，将输出电流转换为电压信号。这种配置可以将DAC输出保持在虚地状态，提高直流线性度。

（五）与正交调制器接口

在数字通信的基带I/Q通道传输中，DAC2904可与模拟正交调制器直接进行直流耦合，其宽输出合规范围（-1V至+1.25V）允许与调制器直接连接，简化了电路设计。

六、使用注意事项

（一）参考电路与电阻选择

在使用内部参考时，应选择精度为1%或更高的电阻$R_{SET}$，以确保输出电流的准确性。同时，建议在$REFIN$引脚旁并联一个0.1μF或更大的陶瓷电容，以稳定参考电压。

（二）电源与接地

• 电源：采用独立的模拟电源（$+V{A}$）和数字电源（$+V{D}$），并在每个电源引脚旁放置0.1μF的陶瓷电容进行去耦。根据需要，还可在转换器附近添加1 - 4.7μF的表面贴装钽电容进行进一步的电源去耦。
• 接地：模拟地（AGND）和数字地（DGND）应分开，并在DAC下方一点连接，以减少地噪声的影响。建议使用多层PCB，将模拟电源和地平面仅延伸到模拟信号区域，数字电源和地平面则限制在数字电路区域。

（三）布局与布线

在PCB布局时，应尽量缩短引脚长度，使用接地平面，将模拟信号走线与数字走线分开，以防止噪声耦合到模拟信号路径。同时，去耦电容应尽可能靠近电源和接地引脚，以减少寄生电感的影响。

七、总结

DAC2904作为一款高性能的14位双路DAC，凭借其高速、低功耗、高集成度和出色的动态性能，在通信、医疗/测试仪器等领域具有广泛的应用前景。在实际设计中，我们需要充分了解其电气特性、工作原理和应用电路，合理选择配置和布局，以发挥其最佳性能。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师们更好地掌握DAC2904的使用，为设计出更优秀的电子系统提供有力支持。

你在使用DAC2904的过程中遇到过哪些问题？或者对它的应用有什么独特的见解？欢迎在评论区留言分享！