AD7302：8位雙電壓輸出DAC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)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(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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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(gè)8位DAC于一個(gè)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(diǎn)，非常適合便攜式電池供電設(shè)備。

特性亮點(diǎn)

1. 低功耗：在3.3V時(shí)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(xù)航時(shí)間。
2. 軌到軌輸出：片上精密輸出緩沖器使DAC輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動(dòng)，輸出范圍為0至VDD。
3. 參考選擇靈活：既可以使用內(nèi)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(shù)據(jù)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(gòu)包括參考放大器、電流源DAC和電流 - 電壓轉(zhuǎn)換器。DAC A和DAC B的輸出都經(jīng)過內(nèi)部緩沖，輸出緩沖放大器具有軌到軌輸出特性，能夠驅(qū)動(dòng)10kΩ負(fù)載和100pF電容。

輸出電壓計(jì)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(jìn)制等效值（范圍0 - 255）。

2. 參考選擇

參考選擇通過REFIN引腳實(shí)現(xiàn)。當(dāng)REFIN連接到VDD時(shí)，選擇內(nèi)部VDD/2參考；當(dāng)REFIN電壓比VDD低1V以上時(shí)，選擇外部參考。

3. 數(shù)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(dòng)更新模式：LDAC信號(hào)永久接地，在WR上升沿自動(dòng)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(hào)用于同時(shí)更新兩個(gè)DAC輸出。在WR上升沿采樣LDAC狀態(tài)，若LDAC為高，禁用自動(dòng)更新模式，在LDAC下降沿更新輸出。

4. 上電復(fù)位

AD7302具有上電復(fù)位電路，在上電時(shí)將DAC保持在復(fù)位狀態(tài)，直到對(duì)DAC進(jìn)行寫入操作。復(fù)位狀態(tài)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(shí)電流消耗在25°C下最大為1μA，溫度范圍內(nèi)最大為2μA。掉電時(shí)，參考偏置伺服環(huán)路、輸出放大器及其相關(guān)線性電路斷電，參考電阻開路，輸出端有大約23kΩ負(fù)載。

三、性能參數(shù)

1. 靜態(tài)性能

• 分辨率：8位
• 相對(duì)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(shù)：100μV/°C typ

2. 輸出特性

• 輸出電壓范圍：0至VDD
• 輸出電壓建立時(shí)間：典型1.2μs
• 壓擺率：7.5 V/μs typ
• 數(shù)模毛刺脈沖：1 nV - s typ
• 數(shù)字饋通：0.2 nV - s typ
• 數(shù)字串?dāng)_：0.2 nV - s typ
• 模擬串?dāng)_：±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(shí)典型值為2.3mA

四、應(yīng)用案例

1. 雙極性操作

通過外部電路，AD7302可實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)軌到軌輸出。

2. 多個(gè)AD7302解碼

在系統(tǒng)中，可使用AD7302的CS引腳對(duì)多個(gè)DAC進(jìn)行解碼，通過74HC139作為二 - 四線解碼器，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同DAC的訪問。

3. 數(shù)字可編程窗口檢測(cè)器

利用AD7302的兩個(gè)DAC設(shè)置上限和下限，配合CMP04比較器和LED，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字可編程窗口檢測(cè)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(shè)置輸出電壓和電阻值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制。

5. 粗調(diào)和微調(diào)

將AD7302的兩個(gè)DAC配對(duì)使用，可實(shí)現(xiàn)粗調(diào)和微調(diào)功能，適用于設(shè)定點(diǎn)控制器等應(yīng)用。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源旁路和接地

為確保AD7302的性能，應(yīng)將模擬和數(shù)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(jìn)行旁路。電源線路應(yīng)使用盡可能大的走線，避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉，時(shí)鐘等快速切換信號(hào)應(yīng)進(jìn)行屏蔽。

2. 參考選擇

根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的參考源，內(nèi)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(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的接口模式，自動(dòng)更新模式適用于單個(gè)DAC更新，同步更新模式適用于同時(shí)更新兩個(gè)DAC。

六、總結(jié)

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(yōu)點(diǎn)，成為便攜式電池供電設(shè)備、數(shù)字增益和偏移調(diào)整、可編程電壓和電流源等應(yīng)用的理想選擇。在設(shè)計(jì)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(fā)揮AD7302的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用AD7302或其他DAC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。