在電子工程領域，數模轉換器（DAC）是實現數字信號到模擬信號轉換的關鍵器件。今天，我們要深入探討的是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款高性能12位、165MSPS數模轉換器——DAC902。

文件下載：dac902.pdf

關鍵特性

電氣性能

• 高分辨率與高速轉換：DAC902具備12位分辨率，輸出更新速率在2.7V - 3.3V時可達125MSPS，在4.5V - 5.5V時更是能達到200MSPS，能夠滿足高速數據轉換的需求。
• 低功耗設計：在+5V供電時，功耗僅為170mW；在非連續工作的掉電模式下，待機功耗低至45mW，非常適合對功耗敏感的應用場景。
• 高無雜散動態范圍（SFDR）：例如在100MSPS時鐘頻率下，5MHz輸出時SFDR可達67dBc，能夠有效減少雜散信號的干擾，提高信號質量。

靈活配置

• 供電靈活：支持單+5V或+3V供電，可根據不同的應用場景進行選擇。
• 參考源可選：內部集成了1.24V帶隙參考源，同時也可選擇外部參考源，并且滿量程輸出范圍可調，還具備乘法選項。

引腳與封裝

引腳功能

DAC902共有28個引腳，包括數據位引腳（Bit1 - Bit12）、時鐘引腳（CLK）、電源引腳（+VA、+VD）、接地引腳（AGND、DGND）以及一些控制和配置引腳（如PD、INT/EXT、REFIN等）。每個引腳都有其特定的功能，例如PD引腳用于控制掉電模式，INT/EXT引腳用于選擇內部或外部參考源。

封裝形式

提供SO - 28和TSSOP - 28兩種封裝形式，方便不同的電路板布局和焊接要求。

工作原理

電流切換技術

DAC902采用電流切換技術，其核心是由分段電流源組成的陣列。每次DAC更新時，內部解碼器會對差分電流開關進行尋址，將所有電流導向輸出求和節點$I{OUT}$或$I{\overline{OUT}}$，從而形成相應的輸出電流。這種技術使得DAC能夠實現快速切換和高更新速率。

輸出電流計算

DAC902的總輸出電流$I{OUTFS}$是兩個互補輸出電流$I{OUT}$和$I{\overline{OUT}}$的總和，即$I{OUTFS}=I{OUT}+I{\overline{OUT}}$。單個輸出電流取決于DAC代碼，可表示為$I{OUT}=I{OUTFS} \cdot(Code / 4096)$和$I{\overline{OUT}}=I{OUTFS} \cdot(4095 - Code / 4096)$。其中，$I{OUTFS}$是參考電流$I{REF}$的32倍，$I{REF}$由參考電壓和外部設置電阻$R{SET}$決定，即$I{OUTFS}=32 \cdot I{REF}=32 \cdot V{REF} / R{SET}$。

應用場景

通信領域

在通信發射通道中，如無線本地環路（WLL）、蜂窩基站、數字微波鏈路和電纜調制解調器等，DAC902的高SFDR和高速轉換能力能夠有效提高信號的傳輸質量和帶寬。

波形生成

在直接數字合成（DDS）和任意波形生成（ARB）等應用中，DAC902能夠快速準確地生成所需的波形，滿足系統對波形精度和更新速率的要求。

醫療與儀器儀表

在醫療超聲設備和高速儀器控制等領域，DAC902的高性能和低功耗特性使其成為理想的選擇，能夠為設備提供穩定可靠的信號轉換。

視頻與數字電視

在視頻和數字電視系統中，DAC902的高速轉換和低雜散性能能夠保證視頻信號的高質量傳輸和顯示。

輸出配置

差分輸出

• 變壓器配置：利用RF變壓器進行差分輸出配置，能夠顯著減少共模信號，提高動態性能。變壓器的中心抽頭連接方式會影響輸出信號的電壓擺幅，需要根據實際情況進行選擇。
• 運算放大器配置：使用差分放大器（如OPA680）進行差分輸出轉換，可實現直流耦合，但放大器會引入一定的失真，需要選擇合適的放大器并進行優化。

  單端輸出

  對于需要單極性輸出電壓的應用，可以采用單端輸出配置。將一個負載電阻連接到DAC的一個輸出端，可將輸出電流轉換為接地參考的電壓信號。為了提高直流線性度，也可以使用I - V轉換器。

使用注意事項

參考源操作

• 內部參考源：將INT/EXT引腳接地可啟用內部參考源。使用內部參考源時，建議選擇公差為1%或更好的電阻，并在$REF_{IN}$引腳旁路一個0.1μF或更大的陶瓷芯片電容。
• 外部參考源：將INT/EXT引腳置為高電平可禁用內部參考源，使用外部參考源。外部參考源的電壓范圍應在0.1V - 1.25V之間。

  數字輸入

  數字輸入采用標準正二進制編碼，時鐘上升沿將數字輸入字鎖存到主從鎖存器中，時鐘下降沿更新DAC輸出。為了獲得最佳性能，建議使用50%的時鐘占空比。

  電源與布局

• 電源管理：DAC902具有掉電功能，將PD引腳置為高電平可進入掉電模式，以降低功耗。
• 布局設計：在PCB設計中，應注意正確的接地和去耦，使用多層電路板，將模擬和數字電源、地平面分開，并在適當位置添加去耦電容，以減少噪聲干擾。

DAC902以其高性能、低功耗和靈活的配置等優點，在眾多應用領域中展現出了卓越的性能。作為電子工程師，在設計相關電路時，充分了解和利用DAC902的特性，能夠為我們的設計帶來更多的可能性。大家在使用DAC902的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。