AD664：高性能12位四通道DAC的深度解析

在电子设计领域，DAC（数模转换器）是连接数字世界和模拟世界的桥梁，其性能直接影响着整个系统的精度和稳定性。今天，我们就来深入探讨Analog Devices公司的AD664，一款集成了四个12位电压输出DAC的单芯片解决方案。

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产品概述

AD664是一款单芯片上集成了四个完整的12位电压输出DAC的器件。它具有双缓冲输入锁存结构和数据回读功能，所有的DAC读写操作都通过一个与微处理器兼容的输入/输出（I/O）端口完成。该I/O端口支持4位、8位或12位并行字，方便与各种微处理器进行接口。此外，它还提供了复位到零控制引脚，可将所有DAC输出同时复位到零。

产品特性亮点

1. 高集成度：在单个芯片上提供四个电压输出DAC，实现了12位DAC功能的最高密度。
2. 灵活的输出范围：每个DAC的输出范围都可以完全独立编程。
3. 数据回读功能：允许验证内部数据寄存器的内容。
4. 异步复位控制：可将所有DAC输出返回到0V。
5. 出色的匹配性能：DAC之间的匹配性能经过指定和测试。
6. 低线性误差：在室温下线性误差为1/2 LSB，K、B和T等级的最大线性误差为3/4 LSB。
7. 单调性保证：在整个工作温度范围内保证DAC性能单调。
8. 三态输出：回读缓冲器具有三态输出。
9. 乘法模式操作：支持使用固定、可变、正或负的外部参考。
10. 军工级版本：提供符合MIL - STD - 883标准的版本。

技术规格

电气特性

在典型工作条件下（(V{LL}=+5V)，(V{CC}=+15V)，(V{EE}=-15V)，(V{REF}=+10V)，(T{A}=+25^{circ}C)），AD664的各项电气参数表现出色。例如，分辨率为12位，单极性（UNI）版本的电压范围为0到(V{CC}-2.02V)，双极性（BIP）版本的电压范围为(V{EE}+2.02V)到(V{CC}-2.02V)，输出电流为5mA，负载电阻为2kΩ，负载电容最大为500pF，短路电流最大为40mA。

绝对最大额定值

为了确保器件的安全使用，需要注意其绝对最大额定值。例如，(V{LL})到DGND的电压范围为0V到7V，(V{CC})到DGND的电压范围为0V到18V，(V_{EE})到DGND的电压范围为 - 18V到0V，焊接温度为300°C，持续时间为10秒，功耗最大为1000mW等。

工作原理

44引脚版本和44端子版本

这些版本的每个DAC都具有灵活性、准确性和良好的动态性能。采用R/2R结构，由激光微调的薄膜电阻制成，可实现1/2 LSB的线性度和保证的单调性。输出放大器结合了双极（BIP）和金属 - 氧化物半导体（MOS）器件的最佳特性，实现了良好的动态性能和低偏移。建立时间小于10μs，每个输出可以驱动5mA、500pF的负载。

28引脚版本

28引脚版本是44引脚版本的简化版本，功能有所减少。数据只能以12位字进行读写，输出范围和模式选择功能不可用，透明模式也不支持。

模拟电路设计考虑

接地建议

AD664有模拟和数字接地引脚。模拟接地引脚是器件的高质量接地参考点，内部设计使得模拟接地电流较低，简化了接地电流管理和相关感应电压降的问题。模拟和数字接地在系统中一点连接，若可能断开连接，可在模拟和数字接地引脚之间连接两个二极管以限制最大接地电压差。

电源和去耦

AD664需要三个电源才能正常工作。(V{LL})为器件的逻辑部分供电，需要5V；(V{CC})和(V_{EE})为电路的其余部分供电，分别需要 + 12V到 + 15V和 - 12V到 - 15V。所有电源引脚都需要使用去耦电容，旁路电容应尽可能靠近封装引脚。

参考输入驱动

AD664的参考输入阻抗最低可达1.3kΩ，外部参考电压必须能够提供高达7.7mA的负载电流。合适的参考源包括5V的AD586和10V的AD587。

输出考虑

每个DAC输出可以向外部负载提供或吸收5mA的电流，短路保护将负载电流限制在最大40mA。负载电容最大可达500pF，对稳定性无影响。当需要额外的输出电流时，可以在输出回路中插入电流放大元件，而不牺牲精度。

数字接口

AD664通过高速数字端口提供多种操作模式。板载寄存器用于编程和存储DAC输入代码和DAC操作模式数据，所有寄存器都是双缓冲的，允许同时更新所有输出。寄存器数据可以回读以验证其内容，数字端口还支持透明操作。

应用案例

自动测试设备（ATE）

在ATE系统中，AD664可以为每个测试引脚提供四个独立的输出电压，用于设置数字输出电平或提供参考电平。其低功耗要求（低于500mW）减轻了电源和冷却负担，较小的电路板面积实现了高功能密度。

X轴和Y轴绘图仪

在绘图仪中，两个DAC用于X通道驱动，两个用于Y通道驱动，每个通道提供粗调和微调控制，提高了分辨率。利用AD664的复位和透明功能可以方便地将绘图笔归位，通过软件可编程增益设置和改变参考电压可以实现绘图缩放。

与微处理器的接口

AD664可以方便地与各种流行的微处理器接口，如MC6801、8051、IBM PC和MC68000等。通过不同的接口方案，可以实现对AD664的灵活控制和数据传输。

总结

AD664以其高集成度、灵活的输出范围、出色的性能和丰富的功能，成为了电子工程师在设计中值得信赖的选择。无论是在自动测试设备、绘图仪还是其他应用领域，AD664都能发挥其优势，为系统提供高精度的数模转换解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择器件版本和接口方案，以充分发挥AD664的性能。你在使用类似DAC器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。