深入解析DAC902：高性能数模转换器的卓越之选

 

在电子工程领域，数模转换器（DAC）是实现数字信号到模拟信号转换的关键器件。今天，我们要深入探讨的是德州仪器（Texas Instruments）推出的一款高性能12位、165MSPS数模转换器——DAC902。

文件下载：dac902.pdf

关键特性

电气性能

• 高分辨率与高速转换：DAC902具备12位分辨率，输出更新速率在2.7V - 3.3V时可达125MSPS，在4.5V - 5.5V时更是能达到200MSPS，能够满足高速数据转换的需求。
• 低功耗设计：在+5V供电时，功耗仅为170mW；在非连续工作的掉电模式下，待机功耗低至45mW，非常适合对功耗敏感的应用场景。
• 高无杂散动态范围（SFDR）：例如在100MSPS时钟频率下，5MHz输出时SFDR可达67dBc，能够有效减少杂散信号的干扰，提高信号质量。

灵活配置

• 供电灵活：支持单+5V或+3V供电，可根据不同的应用场景进行选择。
• 参考源可选：内部集成了1.24V带隙参考源，同时也可选择外部参考源，并且满量程输出范围可调，还具备乘法选项。

引脚与封装

引脚功能

DAC902共有28个引脚，包括数据位引脚（Bit1 - Bit12）、时钟引脚（CLK）、电源引脚（+VA、+VD）、接地引脚（AGND、DGND）以及一些控制和配置引脚（如PD、INT/EXT、REFIN等）。每个引脚都有其特定的功能，例如PD引脚用于控制掉电模式，INT/EXT引脚用于选择内部或外部参考源。

封装形式

提供SO - 28和TSSOP - 28两种封装形式，方便不同的电路板布局和焊接要求。

工作原理

电流切换技术

DAC902采用电流切换技术，其核心是由分段电流源组成的阵列。每次DAC更新时，内部解码器会对差分电流开关进行寻址，将所有电流导向输出求和节点$I{OUT}$或$I{\overline{OUT}}$，从而形成相应的输出电流。这种技术使得DAC能够实现快速切换和高更新速率。

输出电流计算

DAC902的总输出电流$I{OUTFS}$是两个互补输出电流$I{OUT}$和$I{\overline{OUT}}$的总和，即$I{OUTFS}=I{OUT}+I{\overline{OUT}}$。单个输出电流取决于DAC代码，可表示为$I{OUT}=I{OUTFS} \cdot(Code / 4096)$和$I{\overline{OUT}}=I{OUTFS} \cdot(4095 - Code / 4096)$。其中，$I{OUTFS}$是参考电流$I{REF}$的32倍，$I{REF}$由参考电压和外部设置电阻$R{SET}$决定，即$I{OUTFS}=32 \cdot I{REF}=32 \cdot V{REF} / R{SET}$。

应用场景

通信领域

在通信发射通道中，如无线本地环路（WLL）、蜂窝基站、数字微波链路和电缆调制解调器等，DAC902的高SFDR和高速转换能力能够有效提高信号的传输质量和带宽。

波形生成

在直接数字合成（DDS）和任意波形生成（ARB）等应用中，DAC902能够快速准确地生成所需的波形，满足系统对波形精度和更新速率的要求。

医疗与仪器仪表

在医疗超声设备和高速仪器控制等领域，DAC902的高性能和低功耗特性使其成为理想的选择，能够为设备提供稳定可靠的信号转换。

视频与数字电视

在视频和数字电视系统中，DAC902的高速转换和低杂散性能能够保证视频信号的高质量传输和显示。

输出配置

差分输出

• 变压器配置：利用RF变压器进行差分输出配置，能够显著减少共模信号，提高动态性能。变压器的中心抽头连接方式会影响输出信号的电压摆幅，需要根据实际情况进行选择。
• 运算放大器配置：使用差分放大器（如OPA680）进行差分输出转换，可实现直流耦合，但放大器会引入一定的失真，需要选择合适的放大器并进行优化。

  单端输出

  对于需要单极性输出电压的应用，可以采用单端输出配置。将一个负载电阻连接到DAC的一个输出端，可将输出电流转换为接地参考的电压信号。为了提高直流线性度，也可以使用I - V转换器。

使用注意事项

参考源操作

• 内部参考源：将INT/EXT引脚接地可启用内部参考源。使用内部参考源时，建议选择公差为1%或更好的电阻，并在$REF_{IN}$引脚旁路一个0.1µF或更大的陶瓷芯片电容。
• 外部参考源：将INT/EXT引脚置为高电平可禁用内部参考源，使用外部参考源。外部参考源的电压范围应在0.1V - 1.25V之间。

  数字输入

  数字输入采用标准正二进制编码，时钟上升沿将数字输入字锁存到主从锁存器中，时钟下降沿更新DAC输出。为了获得最佳性能，建议使用50%的时钟占空比。

  电源与布局

• 电源管理：DAC902具有掉电功能，将PD引脚置为高电平可进入掉电模式，以降低功耗。
• 布局设计：在PCB设计中，应注意正确的接地和去耦，使用多层电路板，将模拟和数字电源、地平面分开，并在适当位置添加去耦电容，以减少噪声干扰。

DAC902以其高性能、低功耗和灵活的配置等优点，在众多应用领域中展现出了卓越的性能。作为电子工程师，在设计相关电路时，充分了解和利用DAC902的特性，能够为我们的设计带来更多的可能性。大家在使用DAC902的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。