SGM71622R8：高性能8通道16位SPI電壓輸出DAC

在電子設計領域，數模轉換器（DAC）是連接數字世界與模擬世界的關鍵橋梁。今天，我們來深入了解SGMICRO推出的SGM71622R8系列8通道、16位、SPI接口、帶內部參考的電壓輸出DAC，看看它有哪些出色的特性和應用場景。

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一、產品概述

SGM71622R8系列是一款16位、低功耗、8通道的緩沖電壓輸出DAC。它集成了一個2.5V、5ppm/℃的內部參考，提供了可編程的滿量程輸出電壓范圍，包括1.25V（GAIN = 1/2）、2.5V（GAIN = 1）或5V（GAIN = 2），并且具有高達±0.5LSB（典型值）的高線性度。該系列采用了靈活的SPI兼容串行操作接口，操作時鐘高達50MHz，還包含上電復位管理電路，確保有默認輸出電壓。此外，它有上電復位到0V或中量程的兩種版本芯片，非常適合電池供電設備，在5.5V下每通道功耗僅為0.5mA，掉電模式下每通道功耗為0.5μA。

二、產品特性

2.1 電氣性能

• 高精度：積分非線性（INL）方面，SGM71622R8典型值為±0.5LSB，SGM71622R8A為±1LSB，SGM71622R8B為±12LSB。總未調整誤差（TUE）典型值為±0.05% FSR。
• 低漂移：內部參考初始精度為±5mV（最大值），低漂移為5ppm/℃（典型值）。
• 寬電源范圍：電源電壓范圍為2.7V至5.5V，IO電源電壓范圍為1.7V至5.5V。

2.2 功能特性

• 上電復位選擇：有上電復位到零量程或中量程的不同版本，滿足不同應用需求。
• 增益可選：用戶可選擇增益為2、1或1/2。
• 清除輸出功能：支持清除輸出功能，方便系統控制。
• SPI接口：SPI兼容串行接口，時鐘高達50MHz，支持菊花鏈操作和CRC錯誤檢查。

2.3 封裝與溫度范圍

• 多種封裝：提供Green TQFN - 3.5×3.5 - 16AL、TQFN - 3×3 - 16DL和WLCSP - 2.45×2.45 - 16B等多種封裝形式。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃，適應不同的應用環境。

三、引腳配置與描述

SGM71622R8有不同的封裝形式，如TQFN - 3.5×3.5 - 16AL、TQFN - 3×3 - 16DL和WLCSP - 2.45×2.45 - 16B，每個引腳都有其特定的功能。例如，REF引腳為參考輸出電壓引腳（默認）或參考輸入引腳；OUT0 - OUT7為模擬輸出引腳；nCS為串行數據的幀同步信號輸入，低電平有效；SCLK為串行接口時鐘引腳；SDI為串行接口數據輸入引腳；SDO/nALARM在不同版本中有不同功能，可作為串行接口數據輸出或報警引腳；nCLR在特定版本中用于將芯片清除到默認值。

四、電氣特性

4.1 靜態性能

• 分辨率：16位分辨率，能夠提供高精度的模擬輸出。
• 線性度：INL和DNL在不同溫度范圍內都有較好的表現，保證了輸出的準確性。
• 誤差指標：總未調整誤差、偏移誤差、零碼誤差、滿量程誤差和增益誤差等指標都在合理范圍內，確保了輸出的穩定性。

4.2 動態性能

• 輸出電壓建立時間：在特定條件下，輸出電壓從1/4到3/4量程和3/4到1/4量程的建立時間為5μs。
• 壓擺率：在VDD = 5.5V，VREFIN = 2.5V，GAIN = 2的條件下，壓擺率為2V/μs。
• 上電時間：DAC上電時間為10μs。

4.3 其他特性

• 輸出噪聲：在不同頻率下有不同的輸出噪聲指標，如0.1Hz至10Hz，DAC代碼為中量程，VDD = 5.5V，內部參考為2.5V，GAIN = 2時，輸出噪聲為38μVPP。
• 電源抑制比：AC PSRR和DC PSRR在特定條件下都有較好的表現，保證了電源波動對輸出的影響較小。

五、時序特性

SGM71622R8的串行接口在不同操作模式下有不同的時序要求，如寫操作、讀操作和菊花鏈操作。在寫操作中，SCLK頻率高達50MHz，同時對SCLK的高低時間、nCS的建立時間和保持時間等都有嚴格的要求。在讀操作中，根據FSDO位的不同設置，SCLK頻率和SDO輸出延遲等也有所不同。

六、典型性能特性

通過大量的圖表展示了SGM71622R8在不同條件下的性能表現，如積分非線性誤差與數字輸入代碼、溫度、電源電壓和參考電壓的關系；微分非線性誤差與數字輸入代碼、溫度、電源電壓和參考電壓的關系；總未調整誤差與數字輸入代碼、溫度、電源電壓和參考電壓的關系等。這些圖表為工程師在實際應用中評估和優化電路提供了重要的參考。

七、功能框圖與詳細描述

7.1 功能框圖

SGM71622R8的功能框圖展示了其內部結構，包括參考、寄存器、DAC、緩沖器等部分。通過SPI接口輸入數據，經過處理后從各個通道輸出模擬電壓。

7.2 詳細描述

• DAC傳輸函數：數據以直二進制格式輸入到DAC，其傳輸函數為(V{OUT}=frac{CODE}{2^{n}}×frac{V{REF}}{DIV}×GAIN)，其中CODE為二進制代碼的十進制等效值，VREF為DAC參考電壓，n為分辨率位數，DIV為參考電壓分頻系數，GAIN為增益系數。
• 輸出放大器：每個通道的滿量程輸出由VREF、DIV和通道緩沖器增益設置，且每個輸出通道的設置可以單獨配置。
• DAC寄存器更新：有異步和同步兩種更新模式。異步模式下，寫操作到DAC數據寄存器會在nCS上升沿立即更新DAC輸出；同步模式下，寫操作到DAC數據寄存器不會立即更新輸出，而是由TRIGGER寄存器中的LDAC位設置觸發更新。
• 廣播DAC寄存器：對DAC廣播寄存器的單次寫入可以更新所有配置的DAC輸出，每個通道可以通過相應的DACx_BRDCAST_EN位設置是否響應廣播命令。
• CLEAR操作：在特定版本中，nCLR引腳的低電平可以將多個DAC通道復位到上電默認值，每個通道可以通過GAIN寄存器中的CLR_*_MSK位設置是否受nCLR影響。
• 上電復位和軟件復位：具有上電復位功能，使芯片在系統上電時輸出默認電壓；軟件復位在復位命令結束后的nCS上升沿有效。
• 操作模式：在錯誤檢查禁用的訪問周期中，操作長度為24位；啟用錯誤檢查時，操作長度為32位。支持菊花鏈操作和CRC錯誤檢查。
• 掉電模式：DAC輸出放大器和內部參考可以單獨掉電，默認情況下芯片上電時所有DAC輸出和內部參考都啟用。

八、寄存器映射

SGM71622R8有多個寄存器，如NOP、CHIP_ID、SYNC、CONFIG、GAIN、TRIGGER、BRDCAST、STATUS和DACx等。每個寄存器都有其特定的功能和位定義，通過對這些寄存器的讀寫操作，可以實現對芯片的各種配置和控制。

九、應用場景

SGM71622R8適用于多種應用場景，如光模塊、可編程邏輯控制器、工業自動化和實驗室儀器等。其高精度、低功耗和靈活的配置特性使其在這些領域中具有很大的優勢。

十、總結

SGM71622R8系列DAC以其高精度、低功耗、靈活的配置和多種功能特性，為電子工程師在設計中提供了一個優秀的選擇。無論是在工業控制、儀器儀表還是其他領域，它都能夠滿足不同的應用需求。在實際應用中，工程師需要根據具體的設計要求，合理配置芯片的寄存器和參數，以充分發揮其性能優勢。同時，要注意芯片的絕對最大額定值和推薦工作條件，避免因過應力而損壞芯片。你在使用類似DAC芯片時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。