光隔離接口配置的串行DAC設(shè)計(jì)

全CMOS AD7804和AD7805可節(jié)省功耗。除了正常工作時(shí)功耗低(最大值66 mW)外，它們?cè)谙到y(tǒng)待機(jī)(僅基準(zhǔn)電壓源工作時(shí))的額定功率最大為1.38 mW，在省電模式下的額定功率最大功率為8.25 μW(在整個(gè)溫度范圍內(nèi))。此外，四個(gè)通道可以在不使用時(shí)單獨(dú)切換到待機(jī)狀態(tài)。每個(gè)通道都有一個(gè)通道控制寄存器來(lái)控制其功能;系統(tǒng)控制寄存器同時(shí)控制所有四個(gè)DAC。

所有的運(yùn)算放大器都有兩個(gè)電源引腳，一般在資料中，它們的標(biāo)識(shí)是VCC+和VCC-，但是有些時(shí)候它們的標(biāo)識(shí)是VCC+和GND。這是因?yàn)橛行?shù)據(jù)手冊(cè)的作者企圖將這種標(biāo)識(shí)的差異作為單電源運(yùn)放和雙電源運(yùn)放的區(qū)別。但是，這并不是說(shuō)他們就一定要那樣使用――他們可能可以工作在其他的電壓下。在運(yùn)放不是按默認(rèn)電壓供電的時(shí)候，需要參考運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，特別是絕對(duì)最大供電電壓和電壓擺動(dòng)說(shuō)明。

絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計(jì)者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運(yùn)算放大器，比如圖一左邊的那個(gè)電路，一個(gè)雙電源是由一個(gè)正電源和一個(gè)相等電壓的負(fù)電源組成。一般是正負(fù)15V，正負(fù)12V和正負(fù)5V也是經(jīng)常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的，還包括正負(fù)電壓的擺動(dòng)幅度極限Vom以及最大輸出擺幅。

單電源供電的電路(圖一中右)運(yùn)放的電源腳連接到正電源和地。正電源引腳接到VCC+，地或者VCC-引腳連接到GND。將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運(yùn)放的輸入引腳上，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓也是該虛地電壓，運(yùn)放的輸出電壓以虛地為中心，擺幅在Vom 之內(nèi)。

有一些新的運(yùn)放有兩個(gè)不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)中會(huì)特別分別指明Voh 和Vol 。需要特別注意的是有不少的設(shè)計(jì)者會(huì)很隨意的用虛地來(lái)參考輸入電壓和輸出電壓，但在大部分應(yīng)用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以設(shè)計(jì)者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容，用來(lái)隔離虛地和地之間的直流電壓。(參見(jiàn)1.3節(jié))

通常單電源供電的電壓一般是5V，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓擺幅會(huì)更低。另外現(xiàn)在運(yùn)放的供電電壓也可以是3V 也或者會(huì)更低。出于這個(gè)原因在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放基本上都是Rail-To-Rail 的運(yùn)放，這樣就消除了丟失的動(dòng)態(tài)范圍。

需要特別指出的是輸入和輸出不一定都能夠承受Rail-To-Rail 的電壓。雖然器件被指明是軌至軌(Rail-To-Rail)的，如果運(yùn)放的輸出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會(huì)使運(yùn)放的功能退化，所以需要仔細(xì)的參考數(shù)據(jù)手冊(cè)是否輸入和輸出是否都是軌至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會(huì)退化，這是設(shè)計(jì)者的義務(wù)。

這些器件具有靈活的電壓基準(zhǔn)。REFOUT 提供 1.23 V 內(nèi)部生成的基準(zhǔn)電壓源。在通道寄存器的控制下，每個(gè)DAC的基準(zhǔn)輸入(稱(chēng)為V偏見(jiàn)) 在內(nèi)部基準(zhǔn)源、REFIN端子(用于外部基準(zhǔn))和電源電壓(V(DD/)2)的一半之間多路復(fù)用。選擇的電壓，V偏見(jiàn)，提供單電源電路中雙極性信號(hào)所需的失調(diào)“零”;DAC針對(duì)1.875 V的輸出范圍進(jìn)行縮放偏見(jiàn).該表顯示了二進(jìn)制補(bǔ)碼編碼沿傳遞函數(shù)的重要點(diǎn)。

數(shù)字輸入模擬輸出

MSB低音水平

0111111111在偏見(jiàn)(1 + 1.875[511/1024])

0111111110在偏見(jiàn)(1 + 1.875[510/1024])

0000000001在偏見(jiàn)(1 + 1.875[1/1024])

0000000000在偏見(jiàn)(1)

1111111111在偏見(jiàn)(1 - 1.875[1/1024])

1000000001在偏見(jiàn)(1 - 1.875[511/1024])

1000000000在偏見(jiàn)(1 - 1.875[512/1024])

AD7804和AD7805具有額外的功能，用于獨(dú)立調(diào)整每個(gè)輸出的失調(diào)(即定位對(duì)應(yīng)于V的輸出值)偏見(jiàn)在任意設(shè)置的水平上)。它是一個(gè)8位子DAC(如圖1所示，作為每個(gè)輸出電路中的可變加法源)，靈敏度是主DAC的1/16。也就是說(shuō)，子DAC的每個(gè)LSB變化都會(huì)增加或減去V偏見(jiàn)/4096，范圍約為 ±3% V偏見(jiàn).子DAC的設(shè)置是每個(gè)通道控制寄存器控制下的數(shù)據(jù)輸入。

DAC是雙緩沖的;這樣就可以一次加載一個(gè)寄存器，然后同時(shí)異步更新所有DAC輸出。DAC輸出可由系統(tǒng)寄存器一次性清零，也可由通道控制寄存器單獨(dú)清零。3線串行接口允許直接連接SPI、QSPI和微線標(biāo)準(zhǔn)。

B 級(jí)的簡(jiǎn)要規(guī)格包括 ±3 LSB 最大相對(duì)精度誤差、±35mV 失調(diào)和滿量程增益誤差、4 μs 最大建立時(shí)間至 1%、0.002%/% 電源抑制、2.5 V/μs 壓擺率和 1 nV-s 毛刺脈沖。額定工作溫度范圍為 -40 至 +85°C。

應(yīng)用

AD7804(以及AD7805)的低功耗要求以及低成本和小尺寸特性使其適合需要多個(gè)10位(或升級(jí)的8位)DAC的場(chǎng)合。典型領(lǐng)域包括電壓設(shè)定點(diǎn)控制、微調(diào)電位計(jì)更換、自動(dòng)校準(zhǔn)以及其他儀器儀表和測(cè)試功能。串行AD7804可以在必須處理噪聲、安全要求或距離的情況下輕松隔離。圖2所示為光隔離接口，其中時(shí)鐘、幀同步和串行數(shù)據(jù)輸入由光耦合器隔離。每個(gè)DAC在寫(xiě)入脈沖的第16個(gè)串行時(shí)鐘之后自動(dòng)更新。

圖2.采用光隔離接口配置的串行DAC。