在電子設計領域，數模轉換器（DAC）的性能直接影響著系統的整體表現。今天，我們就來深入探討一款備受關注的產品——DAC102S085，這是一款10位微功耗雙數模轉換器，具有諸多出色的特性，適用于多種應用場景。

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一、產品概述

DAC102S085是一款功能齊全、通用的雙10位電壓輸出數模轉換器。它可以在2.7V至5.5V的單電源下工作，功耗極低，在3V時僅消耗0.6mW，在5V時消耗1.6mW。該產品采用10引腳WSON和VSSOP封裝，其中10引腳WSON封裝使其成為同類產品中最小的雙DAC。

二、關鍵特性

2.1 性能卓越

• 單調性保證：確保輸出電壓隨輸入數字代碼單調變化，避免了在某些應用中可能出現的異常波動。
• 軌到軌輸出：片上輸出放大器支持軌到軌輸出擺幅，能夠充分利用電源電壓范圍，提供更寬的輸出動態范圍。
• 高速串行接口：三線串行接口在整個電源電壓范圍內可支持高達40MHz的時鐘速率，相比競品在2.7V至3.6V電源電壓范圍內25MHz的時鐘速率限制，具有明顯優勢。而且該接口兼容標準SPI?、QSPI、MICROWIRE和DSP接口，方便與各種微處理器和數字信號處理器連接。

2.2 功能豐富

• 同時輸出更新：可以同時更新兩個通道的輸出，適用于需要同步輸出的應用場景。
• 寬電源范圍：2.7V至5.5V的寬電源電壓范圍，增加了產品的適用性和靈活性。
• 多種功耗模式：具有電源關閉模式，在電源關閉模式下，功耗可降低至微瓦級別，有助于延長電池供電設備的續航時間。

2.3 高精度指標

• 分辨率：10位分辨率能夠提供較為精細的模擬輸出。
• 積分非線性（INL）：最大±2 LSB，保證了輸出的線性度。
• 微分非線性（DNL）：最大+0.35或 -0.25 LSB，確保每個代碼步長的準確性。
• 建立時間：最大6μs，能夠快速響應輸入代碼的變化。

三、引腳配置與功能

DAC102S085的引腳配置清晰，每個引腳都有明確的功能。例如，VA為電源輸入引腳，必須與地進行去耦；VREFIN為模擬輸入引腳，是所有通道共享的無緩沖參考電壓，同樣需要與地去耦。DIN為串行數據輸入引腳，數據在SCLK的下降沿被時鐘輸入到16位移位寄存器中。SYNC為數據輸入的幀同步輸入引腳，用于控制數據傳輸的開始和結束。

四、工作原理

4.1 DAC部分

DAC102S085采用CMOS工藝制造，其架構由開關和電阻串組成，后面跟隨一個輸出緩沖器。參考電壓通過VREFIN外部施加，并由兩個DAC共享。輸入編碼為直二進制，理想輸出電壓可通過公式 $V{OUTA,B }=V{REFIN } \times(D / 1024)$ 計算，其中D是加載到DAC寄存器的二進制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放大器，當參考電壓為VA時，輸出電壓范圍為0V至VA。不過，所有放大器在輸出接近電源軌時都會出現線性度損失，因此線性度通常在小于DAC全輸出范圍的區間內進行指定。

4.3 電源復位

上電復位電路確保DAC輸出在上電時為0V，并保持該狀態直到有有效的寫入操作。

五、功能模式

5.1 電源關閉模式

DAC102S085具有四種電源關閉模式，其中兩種模式相同。在電源關閉模式下，3V時電源電流降至20μA，5V時降至30μA。通過設置OP1和OP0為11可進入電源關閉模式，同時可通過設置A1和A0選擇不同的輸出終端方式，如三態（高阻抗狀態）或通過2.5kΩ或100kΩ接地。

5.2 編程模式

• 串行接口：三線接口兼容SPI?、QSPI和MICROWIRE以及大多數DSP，時鐘速率高達40MHz。寫入序列從SYNC線拉低開始，數據在SCLK的下降沿被時鐘輸入到16位串行輸入寄存器中。
• 輸入移位寄存器：輸入移位寄存器有16位，第一位必須設置為0，第二位為地址位，用于確定寄存器數據是針對DAC A還是DAC B。后面兩位用于確定操作模式，最后12位為數據位。

六、應用案例

6.1 電池供電儀器

由于其低功耗特性，DAC102S085非常適合用于電池供電的儀器，能夠有效延長電池續航時間。

6.2 數字增益和偏移調整

可用于調整系統的增益和偏移，提高系統的準確性和穩定性。

6.3 可編程電壓和電流源

為系統提供可編程的電壓和電流輸出，滿足不同的應用需求。

6.4 驅動ADC參考

在驅動ADC參考的應用中，DAC102S085可以為傳感器提供可調的電源電壓，優化傳感器輸出，同時為ADC提供參考電壓，實現比例式設計，減少電源波動對系統的影響。

七、設計建議

7.1 電源供應

由于從參考輸入（VREFIN）到VOUTs的路徑基本上沒有電源抑制比（PSRR），因此需要為VREFIN提供無噪聲的電源電壓。為了充分利用DAC102S085的動態范圍，可將電源引腳（VA）和VREFIN連接在一起，共享同一電源電壓。可以選擇參考源作為參考輸入或電源電壓，如LM4130、LM4050等，它們具有較高的準確性和穩定性。

7.2 布局設計

為了獲得最佳的準確性和最小的噪聲，包含DAC102S085的印刷電路板應具有單獨的模擬和數字區域。模擬和數字電源平面應位于同一板層，并且最好使用單個接地平面。如果數字返回電流不流經模擬接地區域，單個接地平面設計是首選；如果需要，可采用圍欄技術防止模擬和數字接地電流混合。同時，DAC102S085的電源應使用10μF和0.1μF的電容進行去耦，并且避免模擬和數字信號交叉，保持時鐘和數據線在元件側，并控制其阻抗。

八、總結

DAC102S085以其低功耗、高精度、寬電源范圍和豐富的功能特性，成為了電子設計中一款非常有競爭力的數模轉換器。無論是在電池供電設備還是其他對功耗和性能有要求的應用中，它都能發揮出色的作用。在設計過程中，我們需要充分考慮其電源供應和布局設計等方面的要求，以確保系統的穩定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和應用DAC102S085。大家在實際使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。