在電子工程師的日常工作中，數模轉換器（DAC）是一個至關重要的組件，它能將數字信號轉換為模擬信號，廣泛應用于各種電子設備中。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的一款優秀的數模轉換器——DAC108S085。

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一、產品概述

DAC108S085是一款功能齊全的通用八通道10位電壓輸出數模轉換器。它的供電范圍非常寬，從+2.7V到+5.5V都能正常工作，在3V供電時功耗為1.95mW，5V供電時功耗為4.85mW，非常適合電池供電的設備。它有16引腳的WQFN和16引腳的TSSOP兩種封裝形式，其中WQFN封裝使它成為同類產品中體積最小的八通道DAC。

二、特性亮點

2.1 確保單調性

這意味著當輸入代碼增加時，DAC的輸出永遠不會減小，保證了輸出的穩定性和可靠性。在很多對信號穩定性要求較高的應用中，這個特性非常關鍵。

2.2 低功耗運行

低功耗是現代電子設備追求的重要指標之一。DAC108S085在正常工作時功耗較低，在掉電模式下功耗更低，3V供電時掉電功耗為0.3μW，5V供電時為1μW，大大延長了電池供電設備的續航時間。

2.3 軌到軌電壓輸出

輸出放大器支持軌到軌輸出擺幅，輸出電壓范圍能達到0V到(V_{A})，提供了更寬的輸出動態范圍，能滿足更多應用場景的需求。

2.4 菊花鏈功能

允許使用單個串行接口與任意數量的DAC108S085進行通信，方便了系統的擴展和集成。在需要多個DAC協同工作的大型系統中，這個功能可以大大簡化設計。

2.5 上電復位到0V

上電復位電路能確保DAC輸出在上電時為零伏，直到有有效寫入操作，增加了系統的安全性和穩定性。

2.6 同時輸出更新

可以同時更新所有八個DAC輸出，提高了系統的響應速度和同步性。

2.7 獨立通道掉電功能

每個DAC通道都可以獨立掉電，并且有三種不同的終端選項可供選擇，進一步降低了功耗。

2.8 寬電源范圍和雙參考電壓

電源范圍從+2.7V到+5.5V，雙參考電壓范圍為0.5V到(V_{A})，增加了設計的靈活性。

2.9 寬工作溫度范圍

工作溫度范圍為 -40°C到+125°C，能適應各種惡劣的工作環境。

三、關鍵規格

• 分辨率：10位，能提供較高的轉換精度。
• INL：±2 LSB（最大），表示積分非線性誤差，反映了實際輸出與理想直線的偏差程度，該值越小，精度越高。
• DNL：+0.35/-0.2 LSB（最大），即微分非線性誤差，描述了相鄰代碼之間的步長偏差。
• 建立時間：6μs（最大），指輸入代碼更新后，輸出達到最終值的±1/2 LSB所需的時間，建立時間越短，DAC的響應速度越快。
• 零代碼誤差：+15mV（最大），是輸入代碼為000h時的輸出誤差。
• 滿量程誤差：-0.75% FSR（最大），表示滿量程代碼輸入時的輸出誤差。

四、功能描述

4.1 DAC架構

DAC108S085采用CMOS工藝制造，由開關和電阻串組成，后面跟著輸出緩沖器。參考電壓通過(V{REF1})和(V{REF2})外部施加，分別為通道A - D和通道E - H提供參考。輸入編碼為直二進制，理想輸出電壓由公式(V{OUTA,B,C,D }=V{REF 1} \times(D / 1024))和(V{OUTE,F,G,H }=V{REF 2} \times(D / 1024))計算得出，其中D是輸入代碼的十進制等效值。

4.2 輸出放大器

輸出放大器為軌到軌類型，能提供0V到(V{A})的輸出電壓范圍。不過，當輸出接近電源軌時，線性度會有所損失。它能夠驅動2kΩ與1500pF并聯的負載到地或(V{A})。

4.3 參考電壓

使用雙外部參考(V{REF1})和(V{REF2})，參考引腳無緩沖，輸入阻抗為30kΩ。建議使用低輸出阻抗的電壓源驅動參考引腳，參考電壓范圍為0.5V到(V_{A})。

4.4 串行接口

采用三線接口，與SPI?、QSPI和MICROWIRE以及大多數DSP兼容，時鐘速率最高可達40MHz。一個有效的串行幀包含16個SCLK下降沿，寫序列從SYNC線拉低開始，數據在SCLK下降沿時鐘進入16位串行輸入寄存器，最后SYNC線拉高完成寫操作。

4.5 菊花鏈操作

允許使用單個串行接口與多個DAC108S085通信。SCLK和SYNC在所有DAC108S085之間共享，前一個DAC的Dout連接到后一個DAC的DIN。在寫序列中，需要相應數量的SCLK下降沿來將數據加載到所有DAC中，最后SYNC上升沿執行編程功能。

4.6 串行輸入寄存器

有寫寄存器模式（WRM）和寫直通模式（WTM）兩種操作模式，以及三種特殊命令操作。WRM模式下，寫入DAC寄存器不會更新輸出；WTM模式下，寫入寄存器會同時更新輸出。特殊命令操作可以在任何模式下執行，包括同時更新多個DAC輸出、單獨更新通道A輸出和廣播模式。

4.7 上電復位

上電復位電路在上電時將DAC寄存器清零，輸出電壓設置為0V，直到有有效寫序列。

4.8 掉電模式

有三種掉電模式，可選擇不同的輸出終端。掉電時，輸出放大器、電阻串和其他線性電路關閉，偏置發生器僅在所有通道都掉電時關閉。DAC寄存器內容不受影響，掉電模式下功耗最低，喚醒時間通常為3μs（3V）和20μs（5V）。

五、應用場景

5.1 電池供電儀器

低功耗和寬電源范圍使它非常適合電池供電的儀器，如便攜式測量設備、手持醫療設備等。

5.2 數字增益和偏移調整

可以精確調整數字信號的增益和偏移，提高系統的性能和精度。

5.3 可編程電壓和電流源

能夠提供可編程的電壓和電流輸出，滿足不同應用對電源的需求。

5.4 可編程衰減器

可用于對信號進行數字衰減，且不會引入明顯的噪聲。

5.5 ADC的電壓參考

為模數轉換器（ADC）提供穩定的參考電壓，提高ADC的轉換精度。

5.6 傳感器電源電壓

為傳感器提供可調的電源電壓，優化傳感器的輸出。

5.7 范圍檢測器

用于設置范圍檢測器的上下限。

六、編程與應用電路

6.1 編程示例

• 同時更新DAC輸出：在WRM模式下，可以先分別編程多個DAC通道的寄存器，然后使用特殊命令同時更新所有通道的輸出。
• 獨立更新DAC輸出：將模式切換到WTM，任何DAC通道都可以在一步內更新。通道A有特殊命令，無論在何種模式下都可以在一個命令中更新其輸出。

  6.2 參考電源選擇

  可以使用參考源作為參考輸入和/或電源電壓，如LM4132、LM4050、LP3985和LP2980等，這些器件各有優缺點，可根據具體應用需求選擇。

  6.3 雙極性操作

  通過外部電路可以實現雙極性輸出，輸出電壓范圍可達±5V，需要使用軌到軌放大器。

  6.4 可變電流源輸出

  通過添加運算放大器，可以將DAC108S085轉換為可變電流源，能夠提供高達40mA的電流輸出。

  6.5 應用電路示例

  包括工業應用、ADC參考、可編程衰減器等，這些電路展示了DAC108S085在不同場景下的具體應用。

七、布局、接地和旁路

為了獲得最佳的精度和最小的噪聲，PCB設計應將模擬和數字區域分開，使用單獨的模擬和數字電源平面，最好使用單個接地平面。電源應使用至少1μF和0.1μF的電容進行旁路，避免模擬和數字信號交叉。

八、總結

DAC108S085是一款性能卓越、功能豐富的數模轉換器，具有低功耗、寬電源范圍、高分辨率等優點，適用于多種應用場景。在實際設計中，我們需要根據具體需求合理選擇工作模式、參考電源和應用電路，同時注意布局、接地和旁路等問題，以充分發揮其性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。