探索DS4402/DS4404：I2C可調(diào)電流DAC的卓越性能

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。今天，我們聚焦于DALLAS SEMICONDUCTOR的DS4402和DS4404，這兩款I(lǐng)2C可調(diào)電流DAC在電源調(diào)整、電流源控制等應(yīng)用中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

文件下載：DS4404.pdf

產(chǎn)品概覽

DS4402和DS4404分別包含兩個(gè)和四個(gè)I2C可調(diào)電流DAC，每個(gè)DAC都具備吸收或源出電流的能力。每個(gè)輸出有31種吸收和31種源出設(shè)置，可通過I2C接口進(jìn)行編程。外部電阻決定了每個(gè)輸出的滿量程范圍和步長(zhǎng)。

產(chǎn)品特性

• 多通道設(shè)計(jì)：DS4402有兩個(gè)電流DAC，DS4404有四個(gè)電流DAC，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 外部電阻定制：每個(gè)DAC的滿量程范圍由外部電阻決定，為設(shè)計(jì)提供了靈活性。
• 豐富的設(shè)置選項(xiàng)：吸收和源出模式各有31種設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的電流控制。
• I2C兼容接口：支持I2C串行接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• 多設(shè)備共享總線：兩個(gè)三級(jí)地址引腳允許在同一I2C總線上連接九個(gè)設(shè)備。
• 小封裝設(shè)計(jì)：采用14引腳TDFN封裝，節(jié)省電路板空間。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，適用于多種環(huán)境。
• 寬電壓范圍：工作電壓范圍為2.7V至5.5V，增強(qiáng)了電源適應(yīng)性。

應(yīng)用場(chǎng)景

電源調(diào)整

在電源供應(yīng)系統(tǒng)中，DS4402/DS4404可用于調(diào)整電源輸出電壓，確保電源的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過調(diào)整輸出電流，可改變反饋電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電源輸出的精確控制。

電源裕度測(cè)試

在電源設(shè)計(jì)和測(cè)試過程中，需要對(duì)電源進(jìn)行裕度測(cè)試，以確保其在不同負(fù)載和環(huán)境條件下的可靠性。DS4402/DS4404可作為可調(diào)電流源或吸收器，模擬不同的負(fù)載情況，幫助工程師進(jìn)行電源裕度測(cè)試。

可調(diào)電流源或吸收器

在一些需要精確控制電流的應(yīng)用中，如傳感器偏置、放大器偏置等，DS4402/DS4404可作為可調(diào)電流源或吸收器，為電路提供穩(wěn)定的電流。

技術(shù)參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

• 電壓范圍：VCC、SDA和SCL相對(duì)于地的電壓范圍為 -0.5V 至 +6.0V；A0、A1、FS0、FS1、FS2、FS3、OUT0、OUT1、OUT2和OUT3相對(duì)于地的電壓范圍為 -0.5V 至 (VCC + 0.5V)，但不超過6.0V。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -55°C 至 +125°C。
• 焊接溫度：參考IPC/JEDEC J - STD - 020規(guī)范。

推薦工作條件

• 電源電壓：VCC為2.7V至5.5V。
• 輸入邏輯電平：輸入邏輯1的電壓范圍為0.7 x VCC至VCC + 0.3V，輸入邏輯0的電壓范圍為 -0.3V至0.3 x VCC。

直流電氣特性

• 電源電流：在VCC = 5.5V時(shí)，DS4402和DS4404的電源電流典型值為500μA。
• 輸入泄漏電流：SDA和SCL的輸入泄漏電流在VCC = 5.5V時(shí)為μA級(jí)別。
• 輸出泄漏電流：SDA的輸出泄漏電流為1μA。
• 輸出低電流：在VOL = 0.4V和VOL = 0.6V時(shí)，SDA的輸出低電流分別為3mA和6mA。
• 地址輸入電阻：RIN為240kΩ。
• 參考電壓：VREF為1.23V。
• I/O電容：CI/O為10pF。

輸出電流特性

• 輸出電壓：吸收電流時(shí)的輸出電壓范圍為0.5V至VCC，源出電流時(shí)的輸出電壓范圍為0V至VCC - 0.5V。
• 滿量程輸出電流：滿量程吸收輸出電流范圍為0.5mA至2.0mA，滿量程源出輸出電流范圍為 -2.0mA至 -0.5mA。
• 輸出電流精度：在 +25°C、VCC = 4.0V、使用理想RFS電阻、VOUT:SINK = 0.5V、VOUT:SOURCE = VCC - 0.8V的條件下，輸出電流滿量程精度為2.5%至5.0%。
• 輸出電流溫度漂移：輸出電流溫度漂移為70ppm/°C。

I2C交流電氣特性

• SCL時(shí)鐘頻率：fSCL范圍為0至400kHz。
• 總線空閑時(shí)間：STOP和START條件之間的總線空閑時(shí)間tBUF為1.3μs。
• 重復(fù)START條件保持時(shí)間：tHD:STA為0.6μs。
• SCL低電平時(shí)間：tLOW為1.3μs。
• SCL高電平時(shí)間：tHIGH為0.6μs。
• 數(shù)據(jù)保持時(shí)間：tDH:DAT范圍為0至0.9μs。
• 數(shù)據(jù)建立時(shí)間：tSU:DAT為100ns。
• START建立時(shí)間：tSU:STA為0.6μs。
• SDA和SCL上升時(shí)間：tR為0.1CB至20 + 300ns。
• SDA和SCL下降時(shí)間：tF為0.1CB至20 + 300ns。
• STOP建立時(shí)間：tSU:STO為0.6μs。
• SDA和SCL電容負(fù)載：CB為400pF。

引腳配置與功能

I2C通信與控制

I2C定義

• 主設(shè)備：控制總線上的從設(shè)備，生成SCL時(shí)鐘脈沖、START和STOP條件。
• 從設(shè)備：根據(jù)主設(shè)備的請(qǐng)求發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
• 總線空閑：STOP和START條件之間的時(shí)間，此時(shí)SDA和SCL均處于邏輯高電平。
• START條件：主設(shè)備發(fā)起新數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)SCL保持高電平。
• STOP條件：主設(shè)備結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)SCL保持高電平。
• 重復(fù)START條件：主設(shè)備在一次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后立即發(fā)起新的數(shù)據(jù)傳輸。
• 位寫入：SDA的轉(zhuǎn)換必須在SCL的低電平期間進(jìn)行，數(shù)據(jù)在SCL的高脈沖期間保持有效。
• 位讀取：主設(shè)備在寫操作結(jié)束后，需要釋放SDA總線，等待適當(dāng)?shù)慕r(shí)間后進(jìn)行位讀取。
• 確認(rèn)（ACK和NACK）：字節(jié)傳輸中的第九位用于確認(rèn)，接收數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)送0表示ACK，發(fā)送1表示NACK。

I2C通信流程

• 寫入從設(shè)備：主設(shè)備生成START條件，寫入從設(shè)備地址字節(jié)（R/ (bar{W}=0)），寫入內(nèi)存地址，寫入數(shù)據(jù)字節(jié)，最后生成STOP條件。
• 讀取從設(shè)備：主設(shè)備生成START條件，寫入從設(shè)備地址字節(jié)（R/ (bar{W}=1)），讀取數(shù)據(jù)字節(jié)并發(fā)送NACK表示傳輸結(jié)束，最后生成STOP條件。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

外部電阻計(jì)算

外部電阻RFS的計(jì)算公式為： [R{FS}=left(V{REF} / I_{FS}right) times(31 / 4)] 其中，IFS為期望的滿量程電流。

布局考慮

在電路板布局時(shí)，應(yīng)注意確保DS4402/DS4404下方的走線不會(huì)與暴露焊盤短路。暴露焊盤可連接到信號(hào)地或保持不連接。

總結(jié)

DS4402和DS4404作為I2C可調(diào)電流DAC，憑借其多通道設(shè)計(jì)、靈活的外部電阻配置、豐富的設(shè)置選項(xiàng)以及I2C兼容接口，在電源調(diào)整、電源裕度測(cè)試和可調(diào)電流源等應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并注意相關(guān)的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似DAC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。