AD7943/AD7945/AD7948：高性能12位乘法DAC的全面解析

在电子设计领域，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它是连接数字世界与模拟世界的桥梁。今天我们要深入探讨的AD7943、AD7945和AD7948就是三款性能卓越的12位乘法DAC，它们在电池供电仪器、笔记本电脑等众多应用场景中展现出了独特的优势。

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产品概述

AD7943、AD7945和AD7948是快速12位乘法DAC，可在单+5V电源（正常模式）和单+3.3V至+5V电源（偏置模式）下工作。其中，AD7943具有串行接口，AD7945具有12位并行接口，AD7948具有8位字节接口。它们能够在许多应用中替代行业标准的AD7543、AD7545和AD7548，并且在速度和功耗性能方面表现更优。

产品特性

• 高精度：12位分辨率，保证±0.5 LSBs的积分非线性（INL）和微分非线性（DNL），提供了出色的转换精度。
• 低功耗：典型功耗仅为5μW，非常适合电池供电的设备。
• 快速接口：AD7943的选通脉冲宽度为40 ns，AD7945和AD7948的写脉冲宽度为40 ns，实现了快速的数据传输。
• 低毛刺：与放大器连接时，毛刺仅为60 nV - s，减少了信号干扰。
• 快速建立：使用AD843时，600 ns即可达到0.01%的建立精度。

技术规格

正常模式（Normal Mode）

在正常模式下，电源电压 (V{DD}) 范围为 +4.5 V至 +5.5 V，输出电流 (I{OUT1}) 和 (I{OUT2}) 以及模拟地 (AGND) 为0 V，参考电压 (V{REF}) 为 +10 V。各项参数表现优异，例如分辨率为12位，相对精度为 ±0.5 LSB，增益误差在 ±2 LSB以内。

偏置模式（Biased Mode）

偏置模式下，电源电压 (V{DD}) 范围为 +3 V至 +5.5 V，(I{OUT1})、(I{OUT2}) 和 (AGND) 偏置为1.23 V，参考电压 (V{REF}) 范围为0 V至2.45 V。分辨率同样为12位，相对精度为 ±1 LSB，增益误差在不同温度下有所变化，但整体性能依然可靠。

交流性能特性

无论是正常模式还是偏置模式，这些DAC都具有良好的交流性能。例如，输出电压建立时间在正常模式下典型值为600 ns（达到满量程范围的0.01%），偏置模式下为5 μs；数字到模拟的毛刺脉冲典型值为60 nV - s；总谐波失真典型值为 - 83 dB等。

引脚配置与功能

AD7943引脚功能

• (I{OUT1}) 和 (I{OUT2})：DAC电流输出端子。
• AGND：连接到电流转向开关的背栅，在正常操作中应连接到系统的信号地，在偏置单电源操作中可偏置到0 V至1.23 V之间的某个电压。
• STB1 - STB4：选通输入，用于将数据时钟输入到输入移位寄存器。
• LD1和LD2：低电平有效输入，当两者都为低电平时，DAC寄存器更新，输出随之改变。
• SRI：串行数据输入。
• CLR：异步清零输入，低电平时将所有0加载到DAC锁存器。
• (V_{DD})：电源输入，正常模式下标称值为 +5 V，偏置模式下为 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC参考输入。
• (R_{FB})：DAC反馈电阻引脚。

AD7945引脚功能

• (I_{OUT1})：DAC电流输出端子。
• AGND：连接到电流转向开关的背栅，DAC (I_{OUT2}) 端子也内部连接到此点。
• DGND：数字地。
• DB11 - DB0：数字数据输入。
• CS：片选输入，低电平有效。
• WR：写输入，低电平有效。
• (V_{DD})：电源输入，正常模式下标称值为 +5 V，偏置模式下为 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC参考输入。
• (R_{FB})：DAC反馈电阻引脚。

AD7948引脚功能

• (I_{OUT1})：DAC电流输出端子，通常终止于输出放大器的虚地。
• AGND：模拟地，连接到电流转向开关的背栅，DAC (I_{OUT2}) 端子也内部连接到此点。
• DGND：数字地。
• CSMSB和CSLSB：分别为最高有效字节和最低有效字节的片选输入，低电平有效。
• DF/DOR：数据格式/数据覆盖输入，用于控制DAC寄存器的内容。
• CTRL：控制输入，与DF/DOR配合使用。
• DB7 - DB0：数字数据输入。
• LDAC：加载DAC输入，低电平有效。
• WR：写输入，低电平有效。
• (V_{DD})：电源输入，正常模式下标称值为 +5 V，偏置模式下为 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC参考输入。
• (R_{FB})：DAC反馈电阻引脚。

应用电路

单极性二进制操作（双象限乘法）

这种操作模式下，电路实现了双象限乘法。通过调整电阻R1和R2可以调整DAC的增益误差，但在许多应用中，由于器件本身的增益误差规格较好，这些电阻并非必需。输出放大器的选择应根据应用需求进行，例如OP07适用于非常低带宽应用（10 kHz或更低），AD711适用于中等带宽应用（200 kHz或更低），AD843和AD847适用于高带宽应用（大于200 kHz）。

双极性操作（四象限乘法）

双极性操作实现了四象限乘法，编码采用偏移二进制。电阻R1和R2用于增益误差调整，电阻R3、R4和R5应进行0.01%的比例匹配以保持增益误差规格。适合的双放大器包括OP270（低噪声、低带宽，15 kHz）、AD712（中等带宽，200 kHz）或AD827（宽带宽，1 MHz）。

单电源应用

“ - B”版本的器件适用于单电源应用。推荐的电路中，(I_{OUT2}) 和AGND端子偏置到1.23 V。需要注意的是，在单电源系统中考虑INL时，大多数单电源放大器无法吸收电流并保持输出为零伏，因此需要选择合适的运算放大器，如OP295。

微处理器接口

AD7943与ADSP - 2101接口

AD7943与ADSP - 2101的接口中，DSP设置为交替反转帧，内部生成SCLK。ADSP - 2101的TFS驱动AD7943的STB1输入，串行字长度设置为12位。当ADSP - 2101运行在16 MHz时，最大输出SCLK为8 MHz，AD7943的建立和保持时间与DSP兼容。

AD7943与DSP56001接口

AD7943与DSP56001的接口中，DSP56001配置为正常模式同步操作，带门控时钟。DSP56001的SCK作为输出连接到AD7943的STB3输入，数据在SCK的下降沿有效并时钟输入到AD7943的移位寄存器。

AD7945与MC68000接口

AD7945与MC68000的接口通过一条MOVE指令将适当的数据写入DAC的相应内存位置。

AD7948与Z80接口

AD7948与Z80的接口需要三次写操作来加载DAC，前两次分别加载最高有效字节和最低有效字节，第三次将LDAC置低以更新输出。

总结

AD7943、AD7945和AD7948以其高精度、低功耗、快速接口等特性，为电子工程师在设计各种应用电路时提供了可靠的选择。无论是单极性二进制操作、双极性操作还是单电源应用，它们都能满足不同的需求。同时，与多种微处理器的良好接口性能，进一步拓展了其应用范围。在实际设计中，工程师们可以根据具体的应用场景和需求，合理选择和使用这些DAC，以实现最佳的设计效果。你在使用这些DAC的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。