SGM71622R8：高性能8通道16位SPI电压输出DAC

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界与模拟世界的关键桥梁。今天，我们来深入了解SGMICRO推出的SGM71622R8系列8通道、16位、SPI接口、带内部参考的电压输出DAC，看看它有哪些出色的特性和应用场景。

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一、产品概述

SGM71622R8系列是一款16位、低功耗、8通道的缓冲电压输出DAC。它集成了一个2.5V、5ppm/℃的内部参考，提供了可编程的满量程输出电压范围，包括1.25V（GAIN = 1/2）、2.5V（GAIN = 1）或5V（GAIN = 2），并且具有高达±0.5LSB（典型值）的高线性度。该系列采用了灵活的SPI兼容串行操作接口，操作时钟高达50MHz，还包含上电复位管理电路，确保有默认输出电压。此外，它有上电复位到0V或中量程的两种版本芯片，非常适合电池供电设备，在5.5V下每通道功耗仅为0.5mA，掉电模式下每通道功耗为0.5μA。

二、产品特性

2.1 电气性能

• 高精度：积分非线性（INL）方面，SGM71622R8典型值为±0.5LSB，SGM71622R8A为±1LSB，SGM71622R8B为±12LSB。总未调整误差（TUE）典型值为±0.05% FSR。
• 低漂移：内部参考初始精度为±5mV（最大值），低漂移为5ppm/℃（典型值）。
• 宽电源范围：电源电压范围为2.7V至5.5V，IO电源电压范围为1.7V至5.5V。

2.2 功能特性

• 上电复位选择：有上电复位到零量程或中量程的不同版本，满足不同应用需求。
• 增益可选：用户可选择增益为2、1或1/2。
• 清除输出功能：支持清除输出功能，方便系统控制。
• SPI接口：SPI兼容串行接口，时钟高达50MHz，支持菊花链操作和CRC错误检查。

2.3 封装与温度范围

• 多种封装：提供Green TQFN - 3.5×3.5 - 16AL、TQFN - 3×3 - 16DL和WLCSP - 2.45×2.45 - 16B等多种封装形式。
• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40℃至 + 125℃，适应不同的应用环境。

三、引脚配置与描述

SGM71622R8有不同的封装形式，如TQFN - 3.5×3.5 - 16AL、TQFN - 3×3 - 16DL和WLCSP - 2.45×2.45 - 16B，每个引脚都有其特定的功能。例如，REF引脚为参考输出电压引脚（默认）或参考输入引脚；OUT0 - OUT7为模拟输出引脚；nCS为串行数据的帧同步信号输入，低电平有效；SCLK为串行接口时钟引脚；SDI为串行接口数据输入引脚；SDO/nALARM在不同版本中有不同功能，可作为串行接口数据输出或报警引脚；nCLR在特定版本中用于将芯片清除到默认值。

四、电气特性

4.1 静态性能

• 分辨率：16位分辨率，能够提供高精度的模拟输出。
• 线性度：INL和DNL在不同温度范围内都有较好的表现，保证了输出的准确性。
• 误差指标：总未调整误差、偏移误差、零码误差、满量程误差和增益误差等指标都在合理范围内，确保了输出的稳定性。

4.2 动态性能

• 输出电压建立时间：在特定条件下，输出电压从1/4到3/4量程和3/4到1/4量程的建立时间为5μs。
• 压摆率：在VDD = 5.5V，VREFIN = 2.5V，GAIN = 2的条件下，压摆率为2V/μs。
• 上电时间：DAC上电时间为10μs。

4.3 其他特性

• 输出噪声：在不同频率下有不同的输出噪声指标，如0.1Hz至10Hz，DAC代码为中量程，VDD = 5.5V，内部参考为2.5V，GAIN = 2时，输出噪声为38μVPP。
• 电源抑制比：AC PSRR和DC PSRR在特定条件下都有较好的表现，保证了电源波动对输出的影响较小。

五、时序特性

SGM71622R8的串行接口在不同操作模式下有不同的时序要求，如写操作、读操作和菊花链操作。在写操作中，SCLK频率高达50MHz，同时对SCLK的高低时间、nCS的建立时间和保持时间等都有严格的要求。在读操作中，根据FSDO位的不同设置，SCLK频率和SDO输出延迟等也有所不同。

六、典型性能特性

通过大量的图表展示了SGM71622R8在不同条件下的性能表现，如积分非线性误差与数字输入代码、温度、电源电压和参考电压的关系；微分非线性误差与数字输入代码、温度、电源电压和参考电压的关系；总未调整误差与数字输入代码、温度、电源电压和参考电压的关系等。这些图表为工程师在实际应用中评估和优化电路提供了重要的参考。

七、功能框图与详细描述

7.1 功能框图

SGM71622R8的功能框图展示了其内部结构，包括参考、寄存器、DAC、缓冲器等部分。通过SPI接口输入数据，经过处理后从各个通道输出模拟电压。

7.2 详细描述

• DAC传输函数：数据以直二进制格式输入到DAC，其传输函数为(V{OUT}=frac{CODE}{2^{n}}×frac{V{REF}}{DIV}×GAIN)，其中CODE为二进制代码的十进制等效值，VREF为DAC参考电压，n为分辨率位数，DIV为参考电压分频系数，GAIN为增益系数。
• 输出放大器：每个通道的满量程输出由VREF、DIV和通道缓冲器增益设置，且每个输出通道的设置可以单独配置。
• DAC寄存器更新：有异步和同步两种更新模式。异步模式下，写操作到DAC数据寄存器会在nCS上升沿立即更新DAC输出；同步模式下，写操作到DAC数据寄存器不会立即更新输出，而是由TRIGGER寄存器中的LDAC位设置触发更新。
• 广播DAC寄存器：对DAC广播寄存器的单次写入可以更新所有配置的DAC输出，每个通道可以通过相应的DACx_BRDCAST_EN位设置是否响应广播命令。
• CLEAR操作：在特定版本中，nCLR引脚的低电平可以将多个DAC通道复位到上电默认值，每个通道可以通过GAIN寄存器中的CLR_*_MSK位设置是否受nCLR影响。
• 上电复位和软件复位：具有上电复位功能，使芯片在系统上电时输出默认电压；软件复位在复位命令结束后的nCS上升沿有效。
• 操作模式：在错误检查禁用的访问周期中，操作长度为24位；启用错误检查时，操作长度为32位。支持菊花链操作和CRC错误检查。
• 掉电模式：DAC输出放大器和内部参考可以单独掉电，默认情况下芯片上电时所有DAC输出和内部参考都启用。

八、寄存器映射

SGM71622R8有多个寄存器，如NOP、CHIP_ID、SYNC、CONFIG、GAIN、TRIGGER、BRDCAST、STATUS和DACx等。每个寄存器都有其特定的功能和位定义，通过对这些寄存器的读写操作，可以实现对芯片的各种配置和控制。

九、应用场景

SGM71622R8适用于多种应用场景，如光模块、可编程逻辑控制器、工业自动化和实验室仪器等。其高精度、低功耗和灵活的配置特性使其在这些领域中具有很大的优势。

十、总结

SGM71622R8系列DAC以其高精度、低功耗、灵活的配置和多种功能特性，为电子工程师在设计中提供了一个优秀的选择。无论是在工业控制、仪器仪表还是其他领域，它都能够满足不同的应用需求。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理配置芯片的寄存器和参数，以充分发挥其性能优势。同时，要注意芯片的绝对最大额定值和推荐工作条件，避免因过应力而损坏芯片。你在使用类似DAC芯片时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。