深入解析AD5625R/AD5645R/AD5665R與AD5625/AD5665：高性能nanoDACs的技術剖析

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。Analog Devices推出的AD5625R/AD5645R/AD5665R與AD5625/AD5665系列nanoDACs，以其低功耗、高集成度和出色的性能，在眾多應用場景中脫穎而出。今天，我們就來深入探討這些器件的特性、工作原理和應用要點。

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一、產品概述

AD5625R/AD5645R/AD5665R與AD5625/AD5665屬于nanoDAC?家族，是低功耗的四通道DAC，分辨率涵蓋12位、14位和16位。這些器件采用單2.7V至5.5V電源供電，設計上保證了單調性，并具備I2C兼容的串行接口，支持標準（100kHz）、快速（400kHz）和高速（3.4MHz）模式。

特性亮點

• 低功耗與小封裝：提供多種封裝形式，如3mm × 3mm的10引腳LFCSP、14引腳TSSOP和1.665mm × 2.245mm的12球WLCSP，滿足不同應用的空間需求。
• 集成參考源：AD5625R/AD5645R/AD5665R具備片上參考源，LFCSP版本有1.25V或2.5V、10ppm/°C的參考源，TSSOP版本有2.5V、5ppm/°C的參考源，WLCSP有1.25V參考源；AD5625/AD5665則需外部參考源。
• 功能豐富：具有上電復位至零刻度/中間刻度、每通道電源關斷、硬件LDAC和CLR功能等。

二、技術參數詳解

靜態性能

不同型號的分辨率、相對精度、微分非線性等參數有所差異。例如，AD5665R分辨率為16位，相對精度為±8至±16 LSB；AD5645R分辨率為14位，相對精度為±2至±4 LSB；AD5625R/AD5625分辨率為12位，相對精度為±0.5至±4 LSB。這些參數保證了器件在不同應用場景下的精度需求。

輸出特性

輸出電壓范圍可根據參考源和內部參考源的啟用情況進行調整，電容負載穩定性在不同負載電阻下有所不同，直流輸出阻抗為0.5Ω，短路電流為30mA，上電時間為4μs。

交流特性

輸出電壓建立時間因型號而異，如AD5625R / AD5625為3至4.5μs，AD5645R為3.5至5μs，AD5665R / AD5665為4至7μs。此外，還包括壓擺率、數字到模擬毛刺脈沖、數字饋通、參考饋通等參數，這些參數反映了器件在動態性能方面的表現。

I2C時序規格

器件支持不同的I2C數據傳輸模式，不同模式下的時鐘頻率、高低電平時間、數據建立和保持時間等參數都有明確規定，確保了數據傳輸的穩定性和準確性。

三、工作原理

數模轉換核心

這些DAC采用CMOS工藝制造。AD5625/AD5665無內部參考源，而AD5625R/AD5645R/AD5665R可配置為使用內部或外部參考源。理想輸出電壓根據參考源的不同有不同的計算公式：

• 使用外部參考源時：(V{OUT }=V{REFIN } timesleft(frac{D}{2^{N}}right))
• 使用內部參考源時：(V{OUT }=2 × V{REFOUT } timesleft(frac{D}{2^{N}}right)) 其中，D是加載到DAC寄存器的二進制代碼的十進制等效值，N是DAC分辨率。

電阻串結構

電阻串由一系列阻值為R的電阻組成，加載到DAC寄存器的代碼決定了從電阻串的哪個節點提取電壓輸入到輸出放大器，保證了單調性。

輸出放大器

輸出緩沖放大器可產生軌到軌電壓，輸出范圍為0V至(V_{DD})，能驅動2kΩ與1000pF并聯到地的負載，壓擺率為1.8V/μs，?至?滿量程建立時間為7μs。

內部參考源

AD5625R/AD5645R/AD5665R的片上參考源在上電時默認關閉，可通過寫入控制寄存器啟用。不同封裝版本的參考源電壓和溫度系數有所不同，使用內部參考源時，建議在參考輸出和地之間放置100nF電容以保證參考穩定性。

四、串行接口與操作模式

串行接口

器件采用2線I2C兼容串行接口，可作為從設備連接到I2C總線，由主設備控制。支持標準、快速和高速數據傳輸模式，不同封裝版本的7位從地址設置方式不同，通過ADDR或ADDR1、ADDR2引腳可設置地址位，最多可在一條總線上連接多個設備。

操作模式

• 寫入操作：寫入時，先發送起始命令和地址字節，DAC通過拉低SDA確認準備接收數據，然后依次寫入命令字節、最高有效數據字節和最低有效數據字節，最后發送停止條件。
• 讀取操作：讀取時，先發送起始命令和地址字節，DAC拉低SDA確認準備傳輸數據，然后讀取兩個數據字節，最后發送停止條件。
• 高速模式：部分型號支持3.4MHz的高速串行通信，主設備通過特定的主代碼啟動高速模式，設備在停止條件或CLR激活時返回標準/快速模式。
• 多字節操作：支持多字節操作，通過設置命令寄存器中的S位可選擇2字節或標準3字節、4字節操作模式。
• 廣播模式：支持廣播尋址，可同步更新或關閉多個設備。
• LDAC功能：采用雙緩沖接口，由輸入寄存器和DAC寄存器組成。LDAC引腳控制對DAC寄存器的訪問，低電平時將輸入寄存器的內容傳輸到DAC寄存器，可實現所有DAC輸出的同步更新。此外，還可通過LDAC寄存器靈活控制哪些通道同步更新。
• 電源關斷模式：通過設置特定命令位可選擇不同的電源關斷模式，包括正常操作、1kΩ下拉到地、100kΩ下拉到地和三態高阻抗，關斷時供應電流大幅降低，輸出階段切換到已知阻值的電阻網絡。
• 上電復位和軟件復位：器件包含上電復位電路，10引腳版本上電至0V，14引腳版本可通過POR引腳選擇上電輸出電壓。軟件復位命令可根據設置位選擇不同的復位模式。

五、應用信息

使用參考源作為電源

由于器件所需的供應電流極低，可使用電壓參考源為其供電，尤其適用于電源噪聲大或系統電源電壓非5V或3V的情況。例如，使用REF195時，需考慮其負載調節能力和輸出電流需求。

雙極性操作

雖然器件設計為單電源操作，但通過特定電路可實現雙極性輸出范圍，如使用AD820或OP295作為輸出放大器，可實現±5V的輸出電壓范圍。

電源旁路和接地

在電路設計中，為保證精度，需仔細考慮電源和接地布局。電路板應分為模擬和數字部分，電源供應應使用10μF和0.1μF電容旁路，電容應盡量靠近器件。同時，要注意減少數字和模擬信號的交叉，采用合適的布線技術。

六、總結

AD5625R/AD5645R/AD5665R與AD5625/AD5665系列nanoDACs以其豐富的特性、出色的性能和靈活的操作模式，為電子工程師在過程控制、數據采集系統、便攜式電池供電儀器等應用中提供了可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體需求選擇合適的型號和配置，合理布局電路板，以充分發揮這些器件的優勢。你在使用這些DAC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。