探索DAC8228：雙8位CMOS D/A轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，D/A轉(zhuǎn)換器是連接數(shù)字世界和模擬世界的重要橋梁。今天，我們將深入探討Analog Devices公司的DAC8228——一款雙8位、電壓輸出的CMOS D/A轉(zhuǎn)換器，它在業(yè)界以其出色的性能和廣泛的應(yīng)用而聞名。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

集成與兼容性

DAC8228將兩個(gè)8位電壓輸出DAC集成在一個(gè)芯片中，能夠適配7528/7628插座，這一特性使得它在替換現(xiàn)有設(shè)備時(shí)非常方便，無需進(jìn)行復(fù)雜的電路調(diào)整。同時(shí)，芯片內(nèi)部集成了CMOS運(yùn)算放大器，無需額外的外部調(diào)整，簡化了設(shè)計(jì)流程。

電源與接口優(yōu)勢

它可以在單一的+12V至+15V電源下穩(wěn)定工作，并且在整個(gè)(V{DD})范圍內(nèi)與TTL電平兼容?？焖俚慕涌跁r(shí)序（(T{WR}=50ns)）使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效，能夠滿足高速應(yīng)用的需求。此外，該芯片對ESD（靜電放電）具有更好的抵抗能力，提高了設(shè)備的可靠性。

封裝與溫度范圍

DAC8228提供多種封裝形式，包括小外形封裝、CerDIP和環(huán)氧封裝，并且適用于-40°C至+85°C的擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍。這使得它能夠在各種惡劣的環(huán)境條件下正常工作，為工業(yè)應(yīng)用提供了可靠的保障。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DAC8228的應(yīng)用場景十分豐富，涵蓋了磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)測試設(shè)備、過程/工業(yè)控制、能源控制、可編程儀器、多通道微處理器控制系統(tǒng)以及伺服控制系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。其高集成度和高性能使得它成為這些應(yīng)用中的理想選擇。

技術(shù)參數(shù)解析

絕對最大額定值

在(T{A}=+25^{circ}C)的條件下，(V{DD})的范圍為-0.3V至+17V，工作溫度范圍為-40°C至+85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為-65°C至+150°C，引腳焊接溫度（60秒）為+300°C。這些參數(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了使用該芯片的安全邊界。

電氣特性

• 靜態(tài)精度：分辨率為8位，相對精度（INL）和差分非線性（DNL）均為±1 LSB，增益誤差（GFSE）在DAC鎖存器加載11111111時(shí)為±2 LSB，增益誤差溫度系數(shù)（TCGFS）為0.0003 - 0.002 %/°C，零碼誤差（VZSE）為±15 mV，零碼誤差溫度系數(shù)（TCVzs）為±10 μV/°C。
• 參考輸入：輸入電阻（RIN）在引腳4和18處為7 - 15 kΩ，輸入電阻匹配為0.1 - ±1 %，輸入電容（CIN）為9 - 20 pF，(V_{Z})輸入電阻在數(shù)字輸入為0V時(shí)為2 kΩ。
• 數(shù)字輸入：數(shù)字輸入高電平（VINH）為2.4 V，數(shù)字輸入低電平（VINL）為0.8 V，輸入電流（IIN）在VIN = 0V或(V_{DD})時(shí)為±1 μA，輸入電容（CIN）為4 - 8 pF。
• 電源：電源電流（IDD）為7 mA，功率耗散（Po）在(V{DD}=+15V)時(shí)為105 mW，直流電源抑制比（PSRR）在(Delta V{DD}=-5%)時(shí)為0.01 %/%。
• 動(dòng)態(tài)性能：壓擺率（SR）在(T{A}=+25°C)、數(shù)字輸入從0V到+5V時(shí)為2.5 V/μs，建立時(shí)間（ts）在數(shù)字輸入從0V到+5V時(shí)為2 - 5 μs，通道間隔離（CCI）在(T{A}=+25°C)、(V{REFB}-V{REF A}=-10kHz)時(shí)為-80 dB，數(shù)字串?dāng)_（Q）在代碼從00000000到11111111、(T{A}=+25°C)時(shí)為4 - 10 nVs，數(shù)字電荷注入（Q）在同樣條件下為100 nVs，交流直通（FT）為-70 dB，諧波失真（THD）在(V{IN}=6V{RMS})、(f = 1kHz)、(T{A}=+25°C)時(shí)為-85 dB。
• 開關(guān)特性：芯片選擇到寫入建立時(shí)間（tcs）為60 ns，芯片選擇到寫入保持時(shí)間（tCH）為10 ns，DAC選擇到寫入建立時(shí)間（tAS）為60 ns，DAC選擇到寫入保持時(shí)間（tAH）為10 ns，數(shù)據(jù)有效到寫入建立時(shí)間（tos）為60 ns，數(shù)據(jù)有效到寫入保持時(shí)間（tDH）為10 ns，寫入脈沖寬度（LWR）為50 ns。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

整體架構(gòu)

DAC8228由兩個(gè)電壓輸出放大器、兩個(gè)高精度R - 2R電阻梯形網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)8位輸入緩沖器、兩個(gè)8位DAC寄存器和接口控制邏輯電路組成。此外，還包含16個(gè)單刀雙擲NMOS晶體管開關(guān)，這些開關(guān)由數(shù)字輸入代碼控制，用于切換每個(gè)2R電阻支路與放大器反相輸入和(V_{Z})之間的連接。

參考輸入

參考輸入電壓范圍受內(nèi)部放大器電壓擺幅的限制。當(dāng)(V{DD}=+14V)時(shí)，放大器輸出可以從0V擺動(dòng)到+10V，參考輸入電壓范圍為0V至- (|V{DD}-4V|)。

緩沖放大器部分

內(nèi)部放大器的輸出級是一個(gè)連接到450μA電流源的NPN雙極晶體管，提供低輸出阻抗，能夠驅(qū)動(dòng)5mA的負(fù)載電流，最大可驅(qū)動(dòng)65mA，但輸出幅度會(huì)相應(yīng)減小。同時(shí)，放大器的內(nèi)部增益級設(shè)計(jì)保證了在共模范圍內(nèi)有足夠的增益，并且偏移電壓在制造過程中進(jìn)行了激光微調(diào)，無需用戶進(jìn)行額外的偏移調(diào)整。

數(shù)字部分

每個(gè)數(shù)字輸入都通過兩個(gè)內(nèi)部二極管連接在(V{DD})和GND之間，以防止靜電放電。內(nèi)置的5V穩(wěn)壓器和電平轉(zhuǎn)換器將TTL數(shù)字輸入信號轉(zhuǎn)換為CMOS電平，實(shí)現(xiàn)了在(V{DD})范圍為5至15V時(shí)與TTL的完全兼容。

接口控制與操作模式

DAC選擇

DAC A和DAC B共享一個(gè)8位輸入端口，通過控制輸入(DAC A/DAC B)來選擇哪個(gè)DAC可以從輸入端口接收數(shù)據(jù)。邏輯低電平選擇DAC A，邏輯高電平選擇DAC B。

操作模式

• 寫入模式：當(dāng)CS和WR都為低電平時(shí)，所選的DAC處于寫入模式，輸入緩沖器和DAC寄存器透明，模擬輸出響應(yīng)數(shù)字輸入引腳上的代碼。
• 保持模式：在CS和WR變?yōu)楦唠娖街?，所選的DAC寄存器會(huì)鎖存數(shù)字輸入引腳上的數(shù)據(jù)，兩個(gè)模擬輸出保持在各自寄存器中數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)值。

應(yīng)用電路示例

單電源配置

• (+2.5V ≤V_{OUT } leq+5V)配置：如圖5所示，(V{Z})偏置在高于地的位置，參考源連接在(V{Z})和地之間，DAC的(V{REF})引腳直接接地。通過PMI的REF - 03獲得+2.5V參考電壓，若需要更高的精度，可以使用REF - 43。該電路的傳輸方程為(V{OUT }=V_{Z}(1 + D / 256))，其中D為二進(jìn)制數(shù)字輸入的整數(shù)值。
• (0V ≤V_{OUT } leq+10V)配置：如圖7所示，使用PMI REF - 08作為參考電壓源，(V_{Z})接地，輸出電壓從0V擺動(dòng)到+10V。

微處理器接口電路

DAC8228的輸入結(jié)構(gòu)非常靈活，可以直接與8位或16位微處理器接口。圖9和圖10分別展示了它與6800和8085微處理器的接口配置，這種簡單的接口方式減少了所需的膠合邏輯組件數(shù)量。

總結(jié)

DAC8228以其高集成度、高性能和廣泛的應(yīng)用范圍，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的D/A轉(zhuǎn)換解決方案。無論是在工業(yè)控制、儀器儀表還是其他領(lǐng)域，它都能夠滿足各種復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。通過深入了解其特性、參數(shù)和應(yīng)用電路，工程師們可以更好地發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)出更加高效、可靠的電子系統(tǒng)。你在使用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？你認(rèn)為DAC8228在哪些方面還可以進(jìn)一步改進(jìn)？歡迎在評論區(qū)分享你的看法。