深入解析DAC908：高性能数模转换器的卓越之选

 

在电子工程师的设计工具箱中，数模转换器（DAC）是实现数字信号到模拟信号转换的关键组件。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的DAC908，这是一款在高速、高性能转换领域表现出色的8位DAC。

文件下载：dac908.pdf

一、DAC908概述

DAC908属于SpeedPlus系列高性能转换器，具备8位分辨率选项。其家族成员DAC900、DAC902和DAC904分别提供10位、12位和14位分辨率，且引脚相互兼容，为工程师提供了多样化的选择。该DAC支持超过165MSPS的更新速率，具有出色的动态性能，适用于多种应用场景。

二、特性亮点

2.1 供电灵活

支持单+5V或+3V供电，满足不同系统的电源需求。

2.2 高无杂散动态范围（SFDR）

在100MSPS时，5.04MHz输出可达67dBc，有效减少杂散信号干扰。

2.3 低毛刺

仅3pV - s的低毛刺能量，确保输出信号的稳定性。

2.4 低功耗

+5V供电时功耗仅170mW，还有仅45mW的待机功耗模式。

2.5 内部参考可选

可选择内部参考或外部参考，且满量程范围可调，具备乘法选项。

三、应用领域

DAC908的高性能使其在多个领域得到广泛应用：

3.1 医疗仪器

如超声（DBF）设备，为医疗诊断提供精确的模拟信号。

3.2 视频与数字电视

确保视频信号的高质量转换和传输。

3.3 波形生成

包括直接数字合成（DDS）和任意波形生成（ARB），满足复杂波形的生成需求。

3.4 测试仪器

为测试设备提供高精度的模拟信号源。

3.5 通信领域

在通信系统的发射信号路径中发挥重要作用。

四、工作原理

4.1 电流导向技术

DAC908采用电流导向技术，核心是分段电流源阵列。内部解码器在每次DAC更新时对差分电流开关进行寻址，通过将所有电流导向输出求和节点$I{OUT}$或$I{\overline{OUT}}$形成相应的输出电流。

4.2 互补输出

互补输出$I{OUT}$和$I{\overline{OUT}}$可提供差分输出信号，相比单端操作，能减少偶次谐波和共模信号（噪声），使峰 - 峰输出信号摆幅加倍，从而提高动态性能。

4.3 满量程输出电流

满量程输出电流由内部参考电压（1.24V）和外部电阻$R{SET}$的比值决定，$I{REF}$内部乘以32得到有效DAC输出电流，范围为2mA至20mA。

五、电气特性

5.1 分辨率与更新速率

具有8位分辨率，输出更新速率在2.7V - 3.3V时可达125 - 165MSPS，在4.5V - 5.5V时可达165 - 200MSPS。

5.2 静态精度

差分非线性（DNL）和积分非线性（INL）在特定条件下均控制在±0.5LSB以内。

5.3 动态性能

不同输出频率和时钟频率下，无杂散动态范围（SFDR）表现优异，如在$f{OUT}=5.04MHz$，$f{CLOCK}=100MSPS$时，SFDR可达67dBc。

六、输出配置

6.1 差分变压器输出

使用RF变压器可将差分输出信号转换为单端信号，有效减少共模信号，改善动态性能。需根据输出频谱和阻抗要求选择合适的变压器。

6.2 差分运放输出

适用于需要直流耦合输出的应用，通过差分放大器将差分信号转换为单端信号。但放大器可能引入失真，需选择合适的放大器并进行参数调整。

6.3 双跨阻输出

将信号输出电流连接到OPA2680的求和节点，可实现最佳的直流线性度（INL），但可能存在放大器的压摆率限制问题。可通过调整$R{F}$和$I{OUTFS}$改善交流性能。

6.4 单端输出

使用单个负载电阻连接到DAC输出，可实现简单的电流 - 电压转换。需注意输出电流和负载电阻的选择，避免超出输出合规范围。

七、参考操作

7.1 内部参考

接地INT/EXT引脚启用内部参考，通过外部电阻$R{SET}$调整满量程输出电流。建议使用0.1µF或更大的陶瓷芯片电容旁路$REF{IN}$引脚，并在BW引脚和模拟电源$+V_{A}$之间添加额外电容以改善交流性能。

7.2 外部参考

将逻辑高电平$(+V{A})$应用于INT/EXT引脚可禁用内部参考，使用外部参考电压驱动$REF{IN}$引脚。外部参考输入具有高输入阻抗（1MΩ），电压范围需在0.1V - 1.25V之间。

八、数字输入与电源管理

8.1 数字输入

数字输入D0 - D7接受标准正二进制编码，时钟上升沿将数字输入字锁存到主从锁存器，下降沿更新DAC输出。最佳性能需50%的时钟占空比，但只要满足时序规范，占空比可变化。

8.2 电源管理

具备电源关断功能，将逻辑高电平应用于PD引脚可启动电源关断模式，使电源电流降至9mA以下；逻辑低电平则启用正常操作。未连接时，内部有源下拉电路使转换器正常工作。

九、布局与接地

在高频设计中，正确的接地、去耦和布局至关重要。建议使用多层PCB板，将模拟和数字电源及接地连接分开，在每个电源引脚使用0.1µF陶瓷芯片电容进行去耦，并将电容尽量靠近相应的电源和接地引脚。模拟和数字接地平面应在DAC下方一点连接，模拟和数字电源仅在PCB板的电源连接器处连接。同时，要确保模拟信号走线与数字线路分开，防止噪声耦合。

十、总结

DAC908以其高性能、低功耗、灵活的供电和输出配置等特点，成为众多应用领域的理想选择。电子工程师在设计时，需根据具体应用需求，合理选择输出配置、参考操作方式，并注重布局和接地设计，以充分发挥DAC908的性能优势。在实际应用中，你是否遇到过类似DAC的使用难题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。