AD7302：8位双电压输出DAC的卓越之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨一款性能出色的8位双电压输出DAC——AD7302，了解它的特性、工作原理、应用场景以及设计要点。

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一、AD7302概述

AD7302是一款工作在+2.7V至+5.5V单电源下的双8位电压输出DAC。它集成了两个8位DAC于一个封装中，采用20引脚的DIP、SOIC和TSSOP封装，具有低功耗、高速并行接口等特点，非常适合便携式电池供电设备。

特性亮点

1. 低功耗：在3.3V时最大电流仅3mA，25°C下掉电模式电流最大为1μA，功耗小于10mW，掉电模式下低至3μW，极大延长了电池续航时间。
2. 轨到轨输出：片上精密输出缓冲器使DAC输出能够实现轨到轨摆动，输出范围为0至VDD。
3. 参考选择灵活：既可以使用内部参考（VDD/2），也可以通过REFIN引脚使用外部参考，参考范围为1V至VDD/2。
4. 高速并行接口：与微处理器和DSP兼容，具有高速寄存器和双缓冲接口逻辑，数据加载迅速。
5. 掉电功能：通过外部PD引脚可将器件置于掉电模式，降低功耗。

二、工作原理

1. D/A部分

AD7302的架构包括参考放大器、电流源DAC和电流 - 电压转换器。DAC A和DAC B的输出都经过内部缓冲，输出缓冲放大器具有轨到轨输出特性，能够驱动10kΩ负载和100pF电容。

输出电压计算公式为：(V{O} A / B=2 × V{R E F} times(N / 256))，其中(V_{R E F})为参考电压，N为加载到DAC寄存器的代码的十进制等效值（范围0 - 255）。

2. 参考选择

参考选择通过REFIN引脚实现。当REFIN连接到VDD时，选择内部VDD/2参考；当REFIN电压比VDD低1V以上时，选择外部参考。

3. 数字接口

AD7302具有快速并行接口，可配置为两种模式更新DAC输出：

• 自动更新模式：LDAC信号永久接地，在WR上升沿自动更新所选DAC寄存器，输出在WR上升沿更新。
• 同步更新模式：LDAC信号用于同时更新两个DAC输出。在WR上升沿采样LDAC状态，若LDAC为高，禁用自动更新模式，在LDAC下降沿更新输出。

4. 上电复位

AD7302具有上电复位电路，在上电时将DAC保持在复位状态，直到对DAC进行写入操作。复位状态下，输入寄存器锁存全零，DAC寄存器处于透明模式，输出为地电位。

5. 掉电功能

通过外部PD引脚可将器件置于掉电模式，此时电流消耗在25°C下最大为1μA，温度范围内最大为2μA。掉电时，参考偏置伺服环路、输出放大器及其相关线性电路断电，参考电阻开路，输出端有大约23kΩ负载。

三、性能参数

1. 静态性能

• 分辨率：8位
• 相对精度：±1 LSB max
• 差分非线性：±1 LSB max
• 满量程误差：-0.75 LSB typ
• 零码误差：3 LSB typ
• 增益误差：±1% FSR typ
• 零码温度系数：100μV/°C typ

2. 输出特性

• 输出电压范围：0至VDD
• 输出电压建立时间：典型1.2μs
• 压摆率：7.5 V/μs typ
• 数模毛刺脉冲：1 nV - s typ
• 数字馈通：0.2 nV - s typ
• 数字串扰：0.2 nV - s typ
• 模拟串扰：±0.2 LSB typ
• 直流输出阻抗：40Ω typ
• 短路电流：14 mA typ
• 电源抑制比：0.0003 %/% max

3. 逻辑输入

• 输入电流：±10μA max
• 输入低电压：VINL = 0.8V max（VDD = +5V），0.6V max（VDD = +3V）
• 输入高电压：VINH = 2.4V min（VDD = +5V），2.1V min（VDD = +3V）
• 引脚电容：7pF max

4. 电源要求

• VDD：2.7/5.5V min/max
• IDD：不同电压和温度下有不同值，例如VDD = 3.3V时典型值为2.3mA

四、应用案例

1. 双极性操作

通过外部电路，AD7302可实现双极性操作，输出电压范围为 - 5V至 + 5V。使用AD820或OP295作为输出放大器可实现轨到轨输出。

2. 多个AD7302解码

在系统中，可使用AD7302的CS引脚对多个DAC进行解码，通过74HC139作为二 - 四线解码器，实现对不同DAC的访问。

3. 数字可编程窗口检测器

利用AD7302的两个DAC设置上限和下限，配合CMP04比较器和LED，可实现数字可编程窗口检测功能。

4. 可编程电流源

AD7302可作为可编程电流源的控制元件，通过设置输出电压和电阻值，实现对电流的控制。

5. 粗调和微调

将AD7302的两个DAC配对使用，可实现粗调和微调功能，适用于设定点控制器等应用。

五、设计要点

1. 电源旁路和接地

为确保AD7302的性能，应将模拟和数字部分分开布局，采用星型接地方式，在电源引脚附近使用10μF和0.1μF电容进行旁路。电源线路应使用尽可能大的走线，避免数字和模拟信号交叉，时钟等快速切换信号应进行屏蔽。

2. 参考选择

根据应用需求选择合适的参考源，内部参考使用方便，外部参考可提供更高的精度。

3. 接口配置

根据实际应用选择合适的接口模式，自动更新模式适用于单个DAC更新，同步更新模式适用于同时更新两个DAC。

六、总结

AD7302以其低功耗、轨到轨输出、灵活的参考选择和高速并行接口等优点，成为便携式电池供电设备、数字增益和偏移调整、可编程电压和电流源等应用的理想选择。在设计过程中，合理布局电源和接地、选择合适的参考源和接口模式，能够充分发挥AD7302的性能优势。你在使用AD7302或其他DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。