AD7943/AD7945/AD7948：高性能12位乘法DAC的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）扮演著至關(guān)重要的角色，它是連接數(shù)字世界與模擬世界的橋梁。今天我們要深入探討的AD7943、AD7945和AD7948就是三款性能卓越的12位乘法DAC，它們?cè)陔姵毓╇妰x器、筆記本電腦等眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

AD7943、AD7945和AD7948是快速12位乘法DAC，可在單+5V電源（正常模式）和單+3.3V至+5V電源（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位字節(jié)接口。它們能夠在許多應(yīng)用中替代行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的AD7543、AD7545和AD7548，并且在速度和功耗性能方面表現(xiàn)更優(yōu)。

產(chǎn)品特性

• 高精度：12位分辨率，保證±0.5 LSBs的積分非線性（INL）和微分非線性（DNL），提供了出色的轉(zhuǎn)換精度。
• 低功耗：典型功耗僅為5μW，非常適合電池供電的設(shè)備。
• 快速接口：AD7943的選通脈沖寬度為40 ns，AD7945和AD7948的寫脈沖寬度為40 ns，實(shí)現(xiàn)了快速的數(shù)據(jù)傳輸。
• 低毛刺：與放大器連接時(shí)，毛刺僅為60 nV - s，減少了信號(hào)干擾。
• 快速建立：使用AD843時(shí)，600 ns即可達(dá)到0.01%的建立精度。

技術(shù)規(guī)格

正常模式（Normal Mode）

在正常模式下，電源電壓 (V{DD}) 范圍為 +4.5 V至 +5.5 V，輸出電流 (I{OUT1}) 和 (I{OUT2}) 以及模擬地 (AGND) 為0 V，參考電壓 (V{REF}) 為 +10 V。各項(xiàng)參數(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，例如分辨率為12位，相對(duì)精度為 ±0.5 LSB，增益誤差在 ±2 LSB以內(nèi)。

偏置模式（Biased Mode）

偏置模式下，電源電壓 (V{DD}) 范圍為 +3 V至 +5.5 V，(I{OUT1})、(I{OUT2}) 和 (AGND) 偏置為1.23 V，參考電壓 (V{REF}) 范圍為0 V至2.45 V。分辨率同樣為12位，相對(duì)精度為 ±1 LSB，增益誤差在不同溫度下有所變化，但整體性能依然可靠。

交流性能特性

無論是正常模式還是偏置模式，這些DAC都具有良好的交流性能。例如，輸出電壓建立時(shí)間在正常模式下典型值為600 ns（達(dá)到滿量程范圍的0.01%），偏置模式下為5 μs；數(shù)字到模擬的毛刺脈沖典型值為60 nV - s；總諧波失真典型值為 - 83 dB等。

引腳配置與功能

AD7943引腳功能

• (I{OUT1}) 和 (I{OUT2})：DAC電流輸出端子。
• AGND：連接到電流轉(zhuǎn)向開關(guān)的背柵，在正常操作中應(yīng)連接到系統(tǒng)的信號(hào)地，在偏置單電源操作中可偏置到0 V至1.23 V之間的某個(gè)電壓。
• STB1 - STB4：選通輸入，用于將數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到輸入移位寄存器。
• LD1和LD2：低電平有效輸入，當(dāng)兩者都為低電平時(shí)，DAC寄存器更新，輸出隨之改變。
• SRI：串行數(shù)據(jù)輸入。
• CLR：異步清零輸入，低電平時(shí)將所有0加載到DAC鎖存器。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標(biāo)稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

AD7945引腳功能

• (I_{OUT1})：DAC電流輸出端子。
• AGND：連接到電流轉(zhuǎn)向開關(guān)的背柵，DAC (I_{OUT2}) 端子也內(nèi)部連接到此點(diǎn)。
• DGND：數(shù)字地。
• DB11 - DB0：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入。
• CS：片選輸入，低電平有效。
• WR：寫輸入，低電平有效。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標(biāo)稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

AD7948引腳功能

• (I_{OUT1})：DAC電流輸出端子，通常終止于輸出放大器的虛地。
• AGND：模擬地，連接到電流轉(zhuǎn)向開關(guān)的背柵，DAC (I_{OUT2}) 端子也內(nèi)部連接到此點(diǎn)。
• DGND：數(shù)字地。
• CSMSB和CSLSB：分別為最高有效字節(jié)和最低有效字節(jié)的片選輸入，低電平有效。
• DF/DOR：數(shù)據(jù)格式/數(shù)據(jù)覆蓋輸入，用于控制DAC寄存器的內(nèi)容。
• CTRL：控制輸入，與DF/DOR配合使用。
• DB7 - DB0：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入。
• LDAC：加載DAC輸入，低電平有效。
• WR：寫輸入，低電平有效。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標(biāo)稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

應(yīng)用電路

單極性二進(jìn)制操作（雙象限乘法）

這種操作模式下，電路實(shí)現(xiàn)了雙象限乘法。通過調(diào)整電阻R1和R2可以調(diào)整DAC的增益誤差，但在許多應(yīng)用中，由于器件本身的增益誤差規(guī)格較好，這些電阻并非必需。輸出放大器的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行，例如OP07適用于非常低帶寬應(yīng)用（10 kHz或更低），AD711適用于中等帶寬應(yīng)用（200 kHz或更低），AD843和AD847適用于高帶寬應(yīng)用（大于200 kHz）。

雙極性操作（四象限乘法）

雙極性操作實(shí)現(xiàn)了四象限乘法，編碼采用偏移二進(jìn)制。電阻R1和R2用于增益誤差調(diào)整，電阻R3、R4和R5應(yīng)進(jìn)行0.01%的比例匹配以保持增益誤差規(guī)格。適合的雙放大器包括OP270（低噪聲、低帶寬，15 kHz）、AD712（中等帶寬，200 kHz）或AD827（寬帶寬，1 MHz）。

單電源應(yīng)用

“ - B”版本的器件適用于單電源應(yīng)用。推薦的電路中，(I_{OUT2}) 和AGND端子偏置到1.23 V。需要注意的是，在單電源系統(tǒng)中考慮INL時(shí)，大多數(shù)單電源放大器無法吸收電流并保持輸出為零伏，因此需要選擇合適的運(yùn)算放大器，如OP295。

微處理器接口

AD7943與ADSP - 2101接口

AD7943與ADSP - 2101的接口中，DSP設(shè)置為交替反轉(zhuǎn)幀，內(nèi)部生成SCLK。ADSP - 2101的TFS驅(qū)動(dòng)AD7943的STB1輸入，串行字長(zhǎng)度設(shè)置為12位。當(dāng)ADSP - 2101運(yùn)行在16 MHz時(shí)，最大輸出SCLK為8 MHz，AD7943的建立和保持時(shí)間與DSP兼容。

AD7943與DSP56001接口

AD7943與DSP56001的接口中，DSP56001配置為正常模式同步操作，帶門控時(shí)鐘。DSP56001的SCK作為輸出連接到AD7943的STB3輸入，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿有效并時(shí)鐘輸入到AD7943的移位寄存器。

AD7945與MC68000接口

AD7945與MC68000的接口通過一條MOVE指令將適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)寫入DAC的相應(yīng)內(nèi)存位置。

AD7948與Z80接口

AD7948與Z80的接口需要三次寫操作來加載DAC，前兩次分別加載最高有效字節(jié)和最低有效字節(jié)，第三次將LDAC置低以更新輸出。

總結(jié)

AD7943、AD7945和AD7948以其高精度、低功耗、快速接口等特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用電路時(shí)提供了可靠的選擇。無論是單極性二進(jìn)制操作、雙極性操作還是單電源應(yīng)用，它們都能滿足不同的需求。同時(shí)，與多種微處理器的良好接口性能，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用范圍。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇和使用這些DAC，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在使用這些DAC的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。