深度剖析AD7837/AD7847：雙路12位MDAC的卓越性能與應用

一、引言

在電子工程師的設計工作中，數模轉換器（DAC）扮演著至關重要的角色。今天，我們將深入探討Analog Devices公司的AD7837/AD7847，這是一款集成了輸出放大器的雙路12位乘法數模轉換器，在多個領域都有出色的表現。

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二、產品特性

2.1 核心特性

• 雙路12位MDAC：芯片集成了兩個12位的乘法數模轉換器（MDAC），并帶有輸出放大器，無需外部用戶調整即可實現完整的指定性能。
• 4象限乘法功能：支持4象限乘法，能夠滿足更復雜的信號處理需求。
• 小巧封裝：采用節省空間的0.3英寸24引腳DIP和24引腳SOIC封裝，適合對空間要求較高的設計。

2.2 不同型號結構差異

• AD7847：采用并行加載結構，可接受12位并行數據，并使用2kΩ負載將數據加載到相應的DAC鎖存器中。
• AD7837：為(8 + 4)加載結構，適合與8位數據總線的微處理器接口。

三、應用領域

AD7837/AD7847的應用十分廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

• 自動測試設備：高精度的轉換和快速的響應時間，能夠滿足自動測試設備對信號生成和采集的要求。
• 函數生成與波形重建：可用于生成各種復雜的函數波形，實現信號的精確重建。
• 可編程電源：通過數字控制實現電源輸出的精確調節。
• 同步器應用：在同步系統中提供穩定的模擬信號。

四、技術規格

4.1 電氣參數

• 電源要求：(V{DD}=+15V pm 5%)，(V{SS}=-15V pm 5%)，在某些情況下也可工作于(pm12V)。
• 參考輸入：(V{REF})輸入電阻典型值為10kΩ，(V{REFA})和(V_{REFB})的匹配誤差最大為±2%。
• 數字輸入：輸入高電壓(V{INH})最小為2.4V，輸入低電壓(V{INL})最大為0.8V。

4.2 靜態性能

• 分辨率：12位，相對精度在不同版本中有不同規格，如A版本為±1LSB 。
• 微分非線性：最大為±1LSB，保證了單調性。
• 零碼偏移誤差：在+25°C時，最大為±2mV。

4.3 動態性能

• 電壓輸出建立時間：典型值為3μs，最大值為5μs。
• 壓擺率：典型值為11V/μs。
• 總諧波失真：在(V_{REF}=6V rms)，1kHz時，典型值為 - 88dB。

五、引腳功能與配置

5.1 AD7837引腳

5.2 AD7847引腳

六、電路設計

6.1 D/A轉換部分

采用分段方案，12位數據字的2個最高有效位（MSBs）被解碼以驅動三個開關A - C，其余10位驅動標準R - 2R梯形配置中的開關（S0 - S9）。輸出放大器和反饋電阻完成電流到電壓的轉換，輸出電壓公式為(V{OUT }=-D × V{REF})，其中D是數字字的分數表示。

6.2 接口邏輯

• AD7847：可視為兩個獨立的DAC，每個都有自己的(overline{CS})輸入和一個公共的WR輸入。數據在(overline{WR})的上升沿鎖存到相應的鎖存器中。
• AD7837：輸入加載結構適合與8位數據總線的微處理器接口，包含輸入鎖存器和DAC鎖存器。LDAC輸入控制12位數據從輸入鎖存器到DAC鎖存器的傳輸。

6.3 工作模式

• 單極性二進制操作：當(V_{IN})為交流信號時，電路執行2象限乘法。
• 雙極性操作（4象限乘法）：采用偏移二進制編碼，在(V_{IN})為交流信號時，可執行4象限乘法。

七、應用電路

7.1 可編程增益放大器（PGA）

AD7837可作為可編程增益放大器，DAC在放大器反饋環路中充當可編程電阻。通過控制DAC代碼，可以調節放大器的增益。系統總增益為各個增益級的乘積，有效增益與DAC代碼成反比。

7.2 模擬平移電路

在音頻應用中，可將單個信號源數字“平移”或分割成兩通道信號，同時保持總功率恒定。通過將信號輸入到兩個DAC的(V_{REF})輸入，并使用互補的數字代碼，可以實現信號在兩個通道之間的平移。

八、設計注意事項

8.1 接地管理

模擬地（AGNDA/AGNDB）和數字地（DGND）之間的交流或瞬態電壓會導致噪聲注入到模擬輸出中。建議在電路板上將AGND和DGND連接在一起，在復雜系統中可使用兩個反向并聯的二極管連接。

8.2 電源去耦

為了最小化噪聲，建議使用10μF和0.1μF的陶瓷電容將(V{DD})和(V{SS})線去耦到DGND。

8.3 降低電源電壓操作

AD7837/AD7847可在(pm10V)電源電壓下工作，但輸出放大器需要約3V的裕量，因此(V_{REF})輸入應避免接近電源電壓。

九、微處理器接口

9.1 AD7847接口

可與8086、MC68000和TMS320C10等16位微處理器系統接口，通過單個指令將12位字加載到選定的DAC鎖存器中。

9.2 AD7837接口

適合與8位數據總線的微處理器接口，需要五個獨立的內存地址，數據分兩次寫入輸入鎖存器，通過寫入LDAC地址將數據從輸入鎖存器傳輸到DAC鎖存器。

十、總結

AD7837/AD7847以其高性能、多功能和良好的兼容性，為電子工程師在數模轉換設計方面提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理選擇型號和配置，同時注意接地、電源去耦等設計細節，以充分發揮其性能優勢。你在使用類似DAC芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。