在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的DAC128S085，一款具有眾多出色特性的12位八通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它在電池供電設(shè)備、可編程電源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、DAC128S085概述

DAC128S085是一款功能齊全的通用八通道12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它采用單2.7 - 5.5V電源供電，在3V時(shí)功耗僅為1.95mW，5V時(shí)為4.85mW，具有低功耗的顯著優(yōu)勢(shì)。該轉(zhuǎn)換器有16引腳WQFN和16引腳TSSOP兩種封裝形式，其中WQFN封裝使其成為同類產(chǎn)品中體積最小的八通道DAC。

二、關(guān)鍵特性亮點(diǎn)

2.1 性能保障特性

• 單調(diào)性確保：保證輸出隨輸入代碼增加而單調(diào)遞增，避免了輸出電壓的異常波動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)換的可靠性。
• 低功耗運(yùn)行：無(wú)論是正常工作還是進(jìn)入掉電模式，功耗都極低。正常工作時(shí)，3V供電下典型功耗為1.95mW，5V供電下為4.85mW；掉電模式下，3V時(shí)典型功耗僅0.3μW，5V時(shí)為1μW。
• 軌到軌輸出：輸出放大器支持軌到軌輸出擺幅，輸出電壓范圍可從0V到電源電壓 (V_{A}) ，能滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

2.2 功能靈活特性

• 級(jí)聯(lián)能力：通過(guò) (D_{OUT}) 引腳可以方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)DAC128S085的級(jí)聯(lián)，使用單個(gè)串行接口就能同時(shí)更新多個(gè)器件，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 同步輸出更新：可以同時(shí)更新所有八個(gè)DAC通道的輸出，確保各通道輸出的同步性，適用于需要多通道同步控制的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 單通道掉電功能：用戶可以獨(dú)立控制每個(gè)通道的掉電狀態(tài)，進(jìn)一步降低功耗，提高系統(tǒng)的能源效率。

2.3 寬范圍適應(yīng)性特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.7 - 5.5V的電源電壓，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性。
• 雙參考電壓： (V{REF1}) 和 (V{REF2}) 兩個(gè)參考電壓引腳，參考電壓范圍為0.5V到 (V_{A}) ，為輸出提供了更寬的動(dòng)態(tài)范圍。
• 寬工作溫度范圍：能在 - 40°C到125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

2.4 高精度特性

• 分辨率與線性度：具有12位分辨率，積分非線性（INL）最大為±8 LSB，微分非線性（DNL）最大為0.75 / - 0.4 LSB，保證了轉(zhuǎn)換的高精度。
• 低誤差：零碼誤差最大為15mV，滿量程誤差最大為 - 0.75%FSR，確保輸出電壓的準(zhǔn)確性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

3.1 電池供電儀器

由于其低功耗特性，DAC128S085非常適合用于電池供電的儀器設(shè)備，如便攜式測(cè)量?jī)x器、手持醫(yī)療設(shè)備等，能夠有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

3.2 數(shù)字增益和偏移調(diào)整

可用于調(diào)整系統(tǒng)的增益和偏移，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的精確校準(zhǔn)和調(diào)整，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

3.3 可編程電壓和電流源

通過(guò)編程可以靈活控制輸出的電壓和電流，為各種需要可變電源的應(yīng)用提供解決方案，如測(cè)試設(shè)備、傳感器激勵(lì)等。

3.4 可編程衰減器

在信號(hào)處理中，可作為可編程衰減器使用，根據(jù)需要調(diào)整信號(hào)的幅度。

3.5 ADC參考電壓

為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）提供穩(wěn)定的參考電壓，確保ADC轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

3.6 傳感器電源電壓

為傳感器提供穩(wěn)定的電源電壓，保證傳感器的正常工作。

3.7 范圍檢測(cè)器

在需要檢測(cè)信號(hào)范圍的應(yīng)用中，DAC128S085可以用于生成參考信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)范圍的檢測(cè)。

四、技術(shù)細(xì)節(jié)解析

4.1 架構(gòu)與工作原理

DAC128S085采用CMOS工藝制造，其架構(gòu)由開關(guān)和電阻串組成，后面跟隨輸出緩沖器。參考電壓 (V{REF1}) 用于通道A - D， (V{REF2}) 用于通道E - H。輸入編碼為直二進(jìn)制，理想輸出電壓計(jì)算公式為： [V{OUTA,B,C,D }=V{REF 1} \times(D / 4096)] [V{OUTE,F,G,H }=V{REF 2} \times(D / 4096)] 其中D是加載到DAC寄存器的二進(jìn)制代碼的十進(jìn)制等效值。

4.2 串行接口

采用三線串行接口，兼容SPI、QSPI、MICROWIRE和大多數(shù)DSP接口，時(shí)鐘速率最高可達(dá)40MHz。一個(gè)有效的串行幀包含16個(gè)SCLK的下降沿，寫序列從將 (SYNC) 線拉低開始，數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿被時(shí)鐘輸入到16位串行輸入寄存器，最后將 (SYNC) 線拉高完成寫操作。

4.3 級(jí)聯(lián)操作

級(jí)聯(lián)操作允許使用單個(gè)串行接口與任意數(shù)量的DAC128S085進(jìn)行通信。 (SCLK) 和 (SYNC) 信號(hào)在所有器件間共享，前一個(gè)器件的 (D{OUT}) 連接到下一個(gè)器件的 (D{IN}) 。在級(jí)聯(lián)操作中，需要注意時(shí)鐘信號(hào)的延遲問(wèn)題，確保數(shù)據(jù)的正確采樣。

4.4 工作模式

有寫寄存器模式（WRM）和寫直通模式（WTM）兩種工作模式。在WRM模式下，寫入寄存器不會(huì)立即更新DAC輸出；而在WTM模式下，寫入寄存器會(huì)立即更新DAC輸出。此外，還有三種特殊命令操作，可實(shí)現(xiàn)多通道同步更新、單通道更新和廣播模式等功能。

4.5 掉電模式

具有三種掉電模式，可選擇不同的輸出端接方式，包括高輸出阻抗、100kΩ接地和2.5kΩ接地。所有通道掉電時(shí)，3V供電下電源電流降至0.1μA，5V供電下降至0.2μA。

五、設(shè)計(jì)與應(yīng)用建議

5.1 電源設(shè)計(jì)

為了獲得最佳性能，DAC128S085的電源應(yīng)使用至少1μF和0.1μF的電容進(jìn)行旁路。0.1μF的電容應(yīng)靠近器件電源引腳放置，1μF或更大的電容可以使用鉭電容，0.1μF的電容必須是低ESL和低ESR的陶瓷電容。同時(shí)，電源應(yīng)僅用于模擬電路，避免模擬和數(shù)字信號(hào)交叉。

5.2 布局設(shè)計(jì)

印刷電路板應(yīng)將模擬和數(shù)字區(qū)域分開，定義模擬和數(shù)字電源平面，最好使用單個(gè)接地平面。如果需要使用分開的接地平面，應(yīng)在靠近DAC128S085的地方連接。確?？焖龠呇厮俾实臄?shù)字信號(hào)有連續(xù)的返回路徑，避免跨越分割的接地平面。

5.3 參考電壓選擇

由于從參考輸入到DAC輸出的電源抑制比（PSRR）為零，因此必須為 (V{REF1}) 和 (V{REF2}) 提供無(wú)噪聲的電源電壓?？梢允褂脜⒖荚椿虻驮肼暦€(wěn)壓器作為參考輸入，如LM4132，其精度高、穩(wěn)定性好，能有效提高DAC的性能。

六、總結(jié)

DAC128S085憑借其豐富的特性、高精度的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為電子工程師在數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中的理想選擇。無(wú)論是在低功耗設(shè)備、多通道同步控制還是高精度信號(hào)處理等方面，它都能發(fā)揮出色的作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電源、布局和參考電壓，以充分發(fā)揮DAC128S085的優(yōu)勢(shì)。你在使用DAC的過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。