AD7943/AD7945/AD7948：高性能12位乘法DAC的全面解析

在電子設計領域，數模轉換器（DAC）扮演著至關重要的角色，它是連接數字世界與模擬世界的橋梁。今天我們要深入探討的AD7943、AD7945和AD7948就是三款性能卓越的12位乘法DAC，它們在電池供電儀器、筆記本電腦等眾多應用場景中展現出了獨特的優勢。

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產品概述

AD7943、AD7945和AD7948是快速12位乘法DAC，可在單+5V電源（正常模式）和單+3.3V至+5V電源（偏置模式）下工作。其中，AD7943具有串行接口，AD7945具有12位并行接口，AD7948具有8位字節接口。它們能夠在許多應用中替代行業標準的AD7543、AD7545和AD7548，并且在速度和功耗性能方面表現更優。

產品特性

• 高精度：12位分辨率，保證±0.5 LSBs的積分非線性（INL）和微分非線性（DNL），提供了出色的轉換精度。
• 低功耗：典型功耗僅為5μW，非常適合電池供電的設備。
• 快速接口：AD7943的選通脈沖寬度為40 ns，AD7945和AD7948的寫脈沖寬度為40 ns，實現了快速的數據傳輸。
• 低毛刺：與放大器連接時，毛刺僅為60 nV - s，減少了信號干擾。
• 快速建立：使用AD843時，600 ns即可達到0.01%的建立精度。

技術規格

正常模式（Normal Mode）

在正常模式下，電源電壓 (V{DD}) 范圍為 +4.5 V至 +5.5 V，輸出電流 (I{OUT1}) 和 (I{OUT2}) 以及模擬地 (AGND) 為0 V，參考電壓 (V{REF}) 為 +10 V。各項參數表現優異，例如分辨率為12位，相對精度為 ±0.5 LSB，增益誤差在 ±2 LSB以內。

偏置模式（Biased Mode）

偏置模式下，電源電壓 (V{DD}) 范圍為 +3 V至 +5.5 V，(I{OUT1})、(I{OUT2}) 和 (AGND) 偏置為1.23 V，參考電壓 (V{REF}) 范圍為0 V至2.45 V。分辨率同樣為12位，相對精度為 ±1 LSB，增益誤差在不同溫度下有所變化，但整體性能依然可靠。

交流性能特性

無論是正常模式還是偏置模式，這些DAC都具有良好的交流性能。例如，輸出電壓建立時間在正常模式下典型值為600 ns（達到滿量程范圍的0.01%），偏置模式下為5 μs；數字到模擬的毛刺脈沖典型值為60 nV - s；總諧波失真典型值為 - 83 dB等。

引腳配置與功能

AD7943引腳功能

• (I{OUT1}) 和 (I{OUT2})：DAC電流輸出端子。
• AGND：連接到電流轉向開關的背柵，在正常操作中應連接到系統的信號地，在偏置單電源操作中可偏置到0 V至1.23 V之間的某個電壓。
• STB1 - STB4：選通輸入，用于將數據時鐘輸入到輸入移位寄存器。
• LD1和LD2：低電平有效輸入，當兩者都為低電平時，DAC寄存器更新，輸出隨之改變。
• SRI：串行數據輸入。
• CLR：異步清零輸入，低電平時將所有0加載到DAC鎖存器。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

AD7945引腳功能

• (I_{OUT1})：DAC電流輸出端子。
• AGND：連接到電流轉向開關的背柵，DAC (I_{OUT2}) 端子也內部連接到此點。
• DGND：數字地。
• DB11 - DB0：數字數據輸入。
• CS：片選輸入，低電平有效。
• WR：寫輸入，低電平有效。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

AD7948引腳功能

• (I_{OUT1})：DAC電流輸出端子，通常終止于輸出放大器的虛地。
• AGND：模擬地，連接到電流轉向開關的背柵，DAC (I_{OUT2}) 端子也內部連接到此點。
• DGND：數字地。
• CSMSB和CSLSB：分別為最高有效字節和最低有效字節的片選輸入，低電平有效。
• DF/DOR：數據格式/數據覆蓋輸入，用于控制DAC寄存器的內容。
• CTRL：控制輸入，與DF/DOR配合使用。
• DB7 - DB0：數字數據輸入。
• LDAC：加載DAC輸入，低電平有效。
• WR：寫輸入，低電平有效。
• (V_{DD})：電源輸入，正常模式下標稱值為 +5 V，偏置模式下為 +3.3 V至 +5 V。
• (V_{REF})：DAC參考輸入。
• (R_{FB})：DAC反饋電阻引腳。

應用電路

單極性二進制操作（雙象限乘法）

這種操作模式下，電路實現了雙象限乘法。通過調整電阻R1和R2可以調整DAC的增益誤差，但在許多應用中，由于器件本身的增益誤差規格較好，這些電阻并非必需。輸出放大器的選擇應根據應用需求進行，例如OP07適用于非常低帶寬應用（10 kHz或更低），AD711適用于中等帶寬應用（200 kHz或更低），AD843和AD847適用于高帶寬應用（大于200 kHz）。

雙極性操作（四象限乘法）

雙極性操作實現了四象限乘法，編碼采用偏移二進制。電阻R1和R2用于增益誤差調整，電阻R3、R4和R5應進行0.01%的比例匹配以保持增益誤差規格。適合的雙放大器包括OP270（低噪聲、低帶寬，15 kHz）、AD712（中等帶寬，200 kHz）或AD827（寬帶寬，1 MHz）。

單電源應用

“ - B”版本的器件適用于單電源應用。推薦的電路中，(I_{OUT2}) 和AGND端子偏置到1.23 V。需要注意的是，在單電源系統中考慮INL時，大多數單電源放大器無法吸收電流并保持輸出為零伏，因此需要選擇合適的運算放大器，如OP295。

微處理器接口

AD7943與ADSP - 2101接口

AD7943與ADSP - 2101的接口中，DSP設置為交替反轉幀，內部生成SCLK。ADSP - 2101的TFS驅動AD7943的STB1輸入，串行字長度設置為12位。當ADSP - 2101運行在16 MHz時，最大輸出SCLK為8 MHz，AD7943的建立和保持時間與DSP兼容。

AD7943與DSP56001接口

AD7943與DSP56001的接口中，DSP56001配置為正常模式同步操作，帶門控時鐘。DSP56001的SCK作為輸出連接到AD7943的STB3輸入，數據在SCK的下降沿有效并時鐘輸入到AD7943的移位寄存器。

AD7945與MC68000接口

AD7945與MC68000的接口通過一條MOVE指令將適當的數據寫入DAC的相應內存位置。

AD7948與Z80接口

AD7948與Z80的接口需要三次寫操作來加載DAC，前兩次分別加載最高有效字節和最低有效字節，第三次將LDAC置低以更新輸出。

總結

AD7943、AD7945和AD7948以其高精度、低功耗、快速接口等特性，為電子工程師在設計各種應用電路時提供了可靠的選擇。無論是單極性二進制操作、雙極性操作還是單電源應用，它們都能滿足不同的需求。同時，與多種微處理器的良好接口性能，進一步拓展了其應用范圍。在實際設計中，工程師們可以根據具體的應用場景和需求，合理選擇和使用這些DAC，以實現最佳的設計效果。你在使用這些DAC的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。