AD7302：8位雙電壓輸出DAC的卓越之選

在電子設計領域，數模轉換器（DAC）是連接數字世界和模擬世界的關鍵橋梁。今天，我們將深入探討一款性能出色的8位雙電壓輸出DAC——AD7302，了解它的特性、工作原理、應用場景以及設計要點。

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一、AD7302概述

AD7302是一款工作在+2.7V至+5.5V單電源下的雙8位電壓輸出DAC。它集成了兩個8位DAC于一個封裝中，采用20引腳的DIP、SOIC和TSSOP封裝，具有低功耗、高速并行接口等特點，非常適合便攜式電池供電設備。

特性亮點

1. 低功耗：在3.3V時最大電流僅3mA，25°C下掉電模式電流最大為1μA，功耗小于10mW，掉電模式下低至3μW，極大延長了電池續航時間。
2. 軌到軌輸出：片上精密輸出緩沖器使DAC輸出能夠實現軌到軌擺動，輸出范圍為0至VDD。
3. 參考選擇靈活：既可以使用內部參考（VDD/2），也可以通過REFIN引腳使用外部參考，參考范圍為1V至VDD/2。
4. 高速并行接口：與微處理器和DSP兼容，具有高速寄存器和雙緩沖接口邏輯，數據加載迅速。
5. 掉電功能：通過外部PD引腳可將器件置于掉電模式，降低功耗。

二、工作原理

1. D/A部分

AD7302的架構包括參考放大器、電流源DAC和電流 - 電壓轉換器。DAC A和DAC B的輸出都經過內部緩沖，輸出緩沖放大器具有軌到軌輸出特性，能夠驅動10kΩ負載和100pF電容。

輸出電壓計算公式為：(V{O} A / B=2 × V{R E F} times(N / 256))，其中(V_{R E F})為參考電壓，N為加載到DAC寄存器的代碼的十進制等效值（范圍0 - 255）。

2. 參考選擇

參考選擇通過REFIN引腳實現。當REFIN連接到VDD時，選擇內部VDD/2參考；當REFIN電壓比VDD低1V以上時，選擇外部參考。

3. 數字接口

AD7302具有快速并行接口，可配置為兩種模式更新DAC輸出：

• 自動更新模式：LDAC信號永久接地，在WR上升沿自動更新所選DAC寄存器，輸出在WR上升沿更新。
• 同步更新模式：LDAC信號用于同時更新兩個DAC輸出。在WR上升沿采樣LDAC狀態，若LDAC為高，禁用自動更新模式，在LDAC下降沿更新輸出。

4. 上電復位

AD7302具有上電復位電路，在上電時將DAC保持在復位狀態，直到對DAC進行寫入操作。復位狀態下，輸入寄存器鎖存全零，DAC寄存器處于透明模式，輸出為地電位。

5. 掉電功能

通過外部PD引腳可將器件置于掉電模式，此時電流消耗在25°C下最大為1μA，溫度范圍內最大為2μA。掉電時，參考偏置伺服環路、輸出放大器及其相關線性電路斷電，參考電阻開路，輸出端有大約23kΩ負載。

三、性能參數

1. 靜態性能

• 分辨率：8位
• 相對精度：±1 LSB max
• 差分非線性：±1 LSB max
• 滿量程誤差：-0.75 LSB typ
• 零碼誤差：3 LSB typ
• 增益誤差：±1% FSR typ
• 零碼溫度系數：100μV/°C typ

2. 輸出特性

• 輸出電壓范圍：0至VDD
• 輸出電壓建立時間：典型1.2μs
• 壓擺率：7.5 V/μs typ
• 數模毛刺脈沖：1 nV - s typ
• 數字饋通：0.2 nV - s typ
• 數字串擾：0.2 nV - s typ
• 模擬串擾：±0.2 LSB typ
• 直流輸出阻抗：40Ω typ
• 短路電流：14 mA typ
• 電源抑制比：0.0003 %/% max

3. 邏輯輸入

• 輸入電流：±10μA max
• 輸入低電壓：VINL = 0.8V max（VDD = +5V），0.6V max（VDD = +3V）
• 輸入高電壓：VINH = 2.4V min（VDD = +5V），2.1V min（VDD = +3V）
• 引腳電容：7pF max

4. 電源要求

• VDD：2.7/5.5V min/max
• IDD：不同電壓和溫度下有不同值，例如VDD = 3.3V時典型值為2.3mA

四、應用案例

1. 雙極性操作

通過外部電路，AD7302可實現雙極性操作，輸出電壓范圍為 - 5V至 + 5V。使用AD820或OP295作為輸出放大器可實現軌到軌輸出。

2. 多個AD7302解碼

在系統中，可使用AD7302的CS引腳對多個DAC進行解碼，通過74HC139作為二 - 四線解碼器，實現對不同DAC的訪問。

3. 數字可編程窗口檢測器

利用AD7302的兩個DAC設置上限和下限，配合CMP04比較器和LED，可實現數字可編程窗口檢測功能。

4. 可編程電流源

AD7302可作為可編程電流源的控制元件，通過設置輸出電壓和電阻值，實現對電流的控制。

5. 粗調和微調

將AD7302的兩個DAC配對使用，可實現粗調和微調功能，適用于設定點控制器等應用。

五、設計要點

1. 電源旁路和接地

為確保AD7302的性能，應將模擬和數字部分分開布局，采用星型接地方式，在電源引腳附近使用10μF和0.1μF電容進行旁路。電源線路應使用盡可能大的走線，避免數字和模擬信號交叉，時鐘等快速切換信號應進行屏蔽。

2. 參考選擇

根據應用需求選擇合適的參考源，內部參考使用方便，外部參考可提供更高的精度。

3. 接口配置

根據實際應用選擇合適的接口模式，自動更新模式適用于單個DAC更新，同步更新模式適用于同時更新兩個DAC。

六、總結

AD7302以其低功耗、軌到軌輸出、靈活的參考選擇和高速并行接口等優點，成為便攜式電池供電設備、數字增益和偏移調整、可編程電壓和電流源等應用的理想選擇。在設計過程中，合理布局電源和接地、選擇合適的參考源和接口模式，能夠充分發揮AD7302的性能優勢。你在使用AD7302或其他DAC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。