探索DAC8228：雙8位CMOS D/A轉換器的卓越性能與應用

在電子設計領域，D/A轉換器是連接數字世界和模擬世界的重要橋梁。今天，我們將深入探討Analog Devices公司的DAC8228——一款雙8位、電壓輸出的CMOS D/A轉換器，它在業界以其出色的性能和廣泛的應用而聞名。

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產品特性亮點

集成與兼容性

DAC8228將兩個8位電壓輸出DAC集成在一個芯片中，能夠適配7528/7628插座，這一特性使得它在替換現有設備時非常方便，無需進行復雜的電路調整。同時，芯片內部集成了CMOS運算放大器，無需額外的外部調整，簡化了設計流程。

電源與接口優勢

它可以在單一的+12V至+15V電源下穩定工作，并且在整個(V{DD})范圍內與TTL電平兼容。快速的接口時序（(T{WR}=50ns)）使得數據傳輸更加高效，能夠滿足高速應用的需求。此外，該芯片對ESD（靜電放電）具有更好的抵抗能力，提高了設備的可靠性。

封裝與溫度范圍

DAC8228提供多種封裝形式，包括小外形封裝、CerDIP和環氧封裝，并且適用于-40°C至+85°C的擴展工業溫度范圍。這使得它能夠在各種惡劣的環境條件下正常工作，為工業應用提供了可靠的保障。

應用領域廣泛

DAC8228的應用場景十分豐富，涵蓋了磁盤驅動系統、自動測試設備、過程/工業控制、能源控制、可編程儀器、多通道微處理器控制系統以及伺服控制系統等多個領域。其高集成度和高性能使得它成為這些應用中的理想選擇。

技術參數解析

絕對最大額定值

在(T{A}=+25^{circ}C)的條件下，(V{DD})的范圍為-0.3V至+17V，工作溫度范圍為-40°C至+85°C，存儲溫度范圍為-65°C至+150°C，引腳焊接溫度（60秒）為+300°C。這些參數為設計人員提供了使用該芯片的安全邊界。

電氣特性

• 靜態精度：分辨率為8位，相對精度（INL）和差分非線性（DNL）均為±1 LSB，增益誤差（GFSE）在DAC鎖存器加載11111111時為±2 LSB，增益誤差溫度系數（TCGFS）為0.0003 - 0.002 %/°C，零碼誤差（VZSE）為±15 mV，零碼誤差溫度系數（TCVzs）為±10 μV/°C。
• 參考輸入：輸入電阻（RIN）在引腳4和18處為7 - 15 kΩ，輸入電阻匹配為0.1 - ±1 %，輸入電容（CIN）為9 - 20 pF，(V_{Z})輸入電阻在數字輸入為0V時為2 kΩ。
• 數字輸入：數字輸入高電平（VINH）為2.4 V，數字輸入低電平（VINL）為0.8 V，輸入電流（IIN）在VIN = 0V或(V_{DD})時為±1 μA，輸入電容（CIN）為4 - 8 pF。
• 電源：電源電流（IDD）為7 mA，功率耗散（Po）在(V{DD}=+15V)時為105 mW，直流電源抑制比（PSRR）在(Delta V{DD}=-5%)時為0.01 %/%。
• 動態性能：壓擺率（SR）在(T{A}=+25°C)、數字輸入從0V到+5V時為2.5 V/μs，建立時間（ts）在數字輸入從0V到+5V時為2 - 5 μs，通道間隔離（CCI）在(T{A}=+25°C)、(V{REFB}-V{REF A}=-10kHz)時為-80 dB，數字串擾（Q）在代碼從00000000到11111111、(T{A}=+25°C)時為4 - 10 nVs，數字電荷注入（Q）在同樣條件下為100 nVs，交流直通（FT）為-70 dB，諧波失真（THD）在(V{IN}=6V{RMS})、(f = 1kHz)、(T{A}=+25°C)時為-85 dB。
• 開關特性：芯片選擇到寫入建立時間（tcs）為60 ns，芯片選擇到寫入保持時間（tCH）為10 ns，DAC選擇到寫入建立時間（tAS）為60 ns，DAC選擇到寫入保持時間（tAH）為10 ns，數據有效到寫入建立時間（tos）為60 ns，數據有效到寫入保持時間（tDH）為10 ns，寫入脈沖寬度（LWR）為50 ns。

內部結構與工作原理

整體架構

DAC8228由兩個電壓輸出放大器、兩個高精度R - 2R電阻梯形網絡、一個8位輸入緩沖器、兩個8位DAC寄存器和接口控制邏輯電路組成。此外，還包含16個單刀雙擲NMOS晶體管開關，這些開關由數字輸入代碼控制，用于切換每個2R電阻支路與放大器反相輸入和(V_{Z})之間的連接。

參考輸入

參考輸入電壓范圍受內部放大器電壓擺幅的限制。當(V{DD}=+14V)時，放大器輸出可以從0V擺動到+10V，參考輸入電壓范圍為0V至- (|V{DD}-4V|)。

緩沖放大器部分

內部放大器的輸出級是一個連接到450μA電流源的NPN雙極晶體管，提供低輸出阻抗，能夠驅動5mA的負載電流，最大可驅動65mA，但輸出幅度會相應減小。同時，放大器的內部增益級設計保證了在共模范圍內有足夠的增益，并且偏移電壓在制造過程中進行了激光微調，無需用戶進行額外的偏移調整。

數字部分

每個數字輸入都通過兩個內部二極管連接在(V{DD})和GND之間，以防止靜電放電。內置的5V穩壓器和電平轉換器將TTL數字輸入信號轉換為CMOS電平，實現了在(V{DD})范圍為5至15V時與TTL的完全兼容。

接口控制與操作模式

DAC選擇

DAC A和DAC B共享一個8位輸入端口，通過控制輸入(DAC A/DAC B)來選擇哪個DAC可以從輸入端口接收數據。邏輯低電平選擇DAC A，邏輯高電平選擇DAC B。

操作模式

• 寫入模式：當CS和WR都為低電平時，所選的DAC處于寫入模式，輸入緩沖器和DAC寄存器透明，模擬輸出響應數字輸入引腳上的代碼。
• 保持模式：在CS和WR變為高電平之前，所選的DAC寄存器會鎖存數字輸入引腳上的數據，兩個模擬輸出保持在各自寄存器中數據對應的數值。

應用電路示例

單電源配置

• (+2.5V ≤V_{OUT } leq+5V)配置：如圖5所示，(V{Z})偏置在高于地的位置，參考源連接在(V{Z})和地之間，DAC的(V{REF})引腳直接接地。通過PMI的REF - 03獲得+2.5V參考電壓，若需要更高的精度，可以使用REF - 43。該電路的傳輸方程為(V{OUT }=V_{Z}(1 + D / 256))，其中D為二進制數字輸入的整數值。
• (0V ≤V_{OUT } leq+10V)配置：如圖7所示，使用PMI REF - 08作為參考電壓源，(V_{Z})接地，輸出電壓從0V擺動到+10V。

微處理器接口電路

DAC8228的輸入結構非常靈活，可以直接與8位或16位微處理器接口。圖9和圖10分別展示了它與6800和8085微處理器的接口配置，這種簡單的接口方式減少了所需的膠合邏輯組件數量。

總結

DAC8228以其高集成度、高性能和廣泛的應用范圍，為電子工程師提供了一個優秀的D/A轉換解決方案。無論是在工業控制、儀器儀表還是其他領域，它都能夠滿足各種復雜的設計需求。通過深入了解其特性、參數和應用電路，工程師們可以更好地發揮該芯片的優勢，設計出更加高效、可靠的電子系統。你在使用D/A轉換器時遇到過哪些挑戰？你認為DAC8228在哪些方面還可以進一步改進？歡迎在評論區分享你的看法。