SGM71612R8x系列：8通道16位SPI接口電壓輸出DAC的深度剖析

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，它在許多應用場景中都發揮著關鍵作用。今天，我們就來深入了解一下圣邦微電子（SGMICRO）推出的SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列8通道、16位、SPI接口、帶10ppm/℃片上參考的電壓輸出DAC。

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一、產品概述

SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列是16位、8通道的電壓輸出數模轉換器。該系列芯片在設計上保證了單調性，并且具有多種實用的功能和特性，適用于過程控制、數據采集系統以及實驗室儀器等多種應用場景。

二、關鍵特性

2.1 電源與參考電壓

• 電源范圍：電源電壓范圍為2.7V至5.5V，能適應不同的電源環境，為設計提供了更大的靈活性。
• 片上參考：不同型號配備不同的片上參考電壓，SGM71612R81Z具有1.25V、10ppm/℃的片上參考，滿量程輸出范圍為2.5V；SGM71612R82Z/SGM71612R82M/SGM71612R83M則具有2.5V、10ppm/℃的片上參考，滿量程輸出范圍為5V。

2.2 功耗與復位特性

• 低功耗：在5V電源下，功耗可低至500nA（典型值）；在3V電源下，功耗可低至300nA（典型值），滿足低功耗設計的需求。
• 上電復位：SGM71612R81Z和SGM71612R82Z上電時輸出0V，SGM71612R82M和SGM71612R83M上電時輸出中量程，方便系統初始化。

2.3 控制功能

• nLDAC引腳：允許DAC同時更新輸出，可實現同步操作，提高系統的響應速度。
• nCLR引腳：可將DAC更新到可配置狀態，如零碼、中量程或滿量程，增加了系統的靈活性。

2.4 接口與封裝

• SPI接口：采用3線SPI兼容接口，操作數據速率高達50MHz，能快速傳輸數據。
• 多種封裝：提供Green TSSOP - 16、TQFN - 4×4 - 16BL和FOCSP - 2.6×2.6 - 16B等多種封裝形式，方便不同的應用需求。

三、電氣特性

3.1 靜態性能

• 分辨率：達到16位，能提供較高的精度。
• 線性度：相對精度（INL）典型值為1.8LSB，最大為6LSB；差分非線性（DNL）設計上保證單調，最大為1LSB。
• 誤差指標：零碼誤差、零碼誤差漂移、滿量程誤差等指標都在合理范圍內，保證了輸出的準確性。

3.2 輸出特性

• 輸出電壓范圍：輸出電壓范圍為0至VCC，能滿足不同的電壓需求。
• 負載穩定性：在不同負載條件下，電容負載穩定性良好，DC輸出阻抗低。
• 短路電流：短路電流在規定范圍內，保護芯片免受損壞。

3.3 參考特性

• 參考電流：參考電流在不同條件下有明確的范圍，保證參考電壓的穩定性。
• 參考溫度系數：參考溫度系數為10至25ppm/℃，受溫度影響較小。

四、功能詳解

4.1 DAC部分

該系列采用CMOS工藝，采用串型架構和可編程增益放大器輸出緩沖器。輸出代碼為直二進制，理想輸出電壓由公式 (V{OUT }=V{REFIN } timesleft(frac{D}{2^{N}}right) times Gain) 計算得出，其中D為0至65,535的十進制值，N = 16，Gain根據參考類型而定。

4.2 內部參考

不同型號的內部參考默認狀態不同，可通過設置控制寄存器來啟用或禁用內部參考。使用內部參考時，所有通道必須同時斷電，不支持單個通道斷電。

4.3 輸出放大器

輸出緩沖放大器具有軌到軌輸出能力，能提供較大的輸出范圍。

4.4 串行接口

采用3線SPI兼容接口，操作時序有明確的要求。在進行寫操作時，nSYNC必須在新寫序列前至少拉高15ns，寫幀之間的間隔應大于1.8μs，以確保輸出更新。

4.5 輸入移位寄存器

輸入移位寄存器為32位數據，不同位有不同的功能，包括命令位、地址位和數據位等。

4.6 內部參考寄存器

可通過特定命令設置內部參考寄存器，控制內部參考的開啟和關閉。

4.7 上電復位

不同型號的上電復位輸出不同，同時還支持軟件復位，復位期間nLDAC和nCLR操作無效。

4.8 掉電模式

該系列具有3種掉電模式，可通過設置相應的位來選擇。掉電期間，DAC寄存器的內容會保留。

4.9 清碼寄存器

可通過硬件引腳nCLR異步清除輸出，將DAC寄存器重置為用戶配置的數據。

4.10 nLDAC功能

可通過硬件nLDAC引腳或軟件方式控制DAC輸出的更新。

4.11 3線SPI讀取功能

支持3線SPI讀取功能，需設置讀取控制寄存器的控制位來啟用或禁用該功能。

五、封裝與訂購信息

該系列提供多種封裝形式，每種封裝都有對應的訂購編號、溫度范圍和包裝選項。同時，文檔還提供了詳細的封裝外形尺寸和推薦焊盤尺寸，方便工程師進行PCB設計。

六、總結

SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列DAC具有高分辨率、低功耗、多種控制功能和豐富的封裝形式等優點，適用于多種應用場景。作為電子工程師，在設計相關系統時，可以根據具體需求選擇合適的型號和封裝，充分發揮該系列DAC的性能優勢。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區分享交流。