淺談18位數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片DAC9881的原理與應(yīng)用

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC是數(shù)字控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，用于微處理器輸出的數(shù)字信號(hào)與電壓或電流等模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)。

1 芯片的主要性能特點(diǎn)

T1公司的DAC9881是目前最高精確度的D/A轉(zhuǎn)換芯片。串行輸入、電壓輸出、單電源供電。它采用成熟的HPA07 COMS加工技術(shù)，分辨率達(dá)到18 b,采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行數(shù)據(jù)輸入方式，輸入數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率可達(dá)50 MHz,最低有效位穩(wěn)定至1 LSB,時(shí)間僅為5μs,滿足DSP,MCU,FPGA等系統(tǒng)的快速性要求。該芯片通過(guò)采用復(fù)雜的低噪音緩沖器，使噪音比采用外接元器件構(gòu)成同等精度的DAC轉(zhuǎn)換器減少75%,其噪音比為24 nV/Hz.配置可編程掛起（低電壓模式）和運(yùn)行功能，可以使系統(tǒng)在不需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時(shí)將DAC芯片掛起，此時(shí)輸出近似為0.000 0 V,功耗降到125μW,直到接收到寫(xiě)命令操作為止。這樣既可顯著地降低系統(tǒng)的功耗，同時(shí)還能夠保證在接到寫(xiě)命令操作后正常寫(xiě)人數(shù)據(jù)，無(wú)需外加電源控制電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)步驟。

2 芯片工作原理

DAC9881的數(shù)據(jù)輸入方式為串行輸入。因此，轉(zhuǎn)換1個(gè)24位輸入數(shù)碼需要24個(gè)工作節(jié)拍周期，通過(guò)保證電阻R的阻值一致性，用微調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)積分線形度及微分線形度進(jìn)行微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的積分線性度性能，然后經(jīng)運(yùn)算放大器后輸出電壓信號(hào)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 引腳及引腳功能

3.1 DAC9881引腳

DAC9881引腳如圖2所示。

3.2 主要引腳功能介紹

主要引腳功能介紹如表1所示。

4 芯片的電氣特性

4.1 輸出電壓

對(duì)于高精度DAC,系統(tǒng)接地和導(dǎo)線電阻的問(wèn)題變得尤為重要。如該DAC芯片為18位轉(zhuǎn)換器，當(dāng)系統(tǒng)的滿量程輸出為5 V時(shí)，1個(gè)LSB的值僅為19μV.輸出電壓范圍：

式中：VREFH為參考電壓上限；VREFL為參考電壓下限；CODE為輸出數(shù)據(jù)位，范圍0~262 143;G為增益，由GAIN引腳設(shè)定。

4.2 數(shù)據(jù)輸入移位寄存器

當(dāng)LDAC輸入為低電平，片選信號(hào)CS為低電平時(shí)，每一位輸入數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘SCLK的上升沿時(shí)寫(xiě)入SPI串口移位寄存器，如圖3所示。

4.3 數(shù)據(jù)傳輸格式

每個(gè)寫(xiě)周期中，向SPI串口移位寄存器寫(xiě)入24位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中D17（MSB）…D0（LSB）為有效數(shù)據(jù)位，D23…D18為無(wú)效數(shù)據(jù)位，狀態(tài)任意。其數(shù)據(jù)格式如表2所示。

5 典型應(yīng)用

在控制領(lǐng)域中，如雷達(dá)伺服系統(tǒng)、電力電子器件的控制端給定等大多采用的是單極性給定，給定精度的高低直接影響著系統(tǒng)的性能指標(biāo)?？紤]到轉(zhuǎn)換速度越高越好，系統(tǒng)前端可以采用MCU,DSP,FPGA等高速器件作為核心控制單元。單極性輸出的典型電路如圖 4所示。若要設(shè)計(jì)任意產(chǎn)生電路，只需將上圖4中的反饋環(huán)節(jié)去除，當(dāng)要求雙極性輸出時(shí)，電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

6 結(jié) 語(yǔ)

DAC9881是一款高性能的數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，具有串行輸入、并行處理、電壓輸出特點(diǎn)；精度高，速度快，可以大大地減少對(duì)數(shù)據(jù)總線的占用，將廣泛地應(yīng)用于高精度的控制場(chǎng)合和波形產(chǎn)生電路。