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[導讀] 數(shù)/模轉換器是一種將數(shù)字量轉換成模擬量的器件,簡稱D/A轉換器或DAC(Digital to Analog Con-vetter)。是數(shù)字控制系統(tǒng)中的關鍵器件,用于微處理器輸出的數(shù)字信號與電壓或電流等模擬信號的轉換,并送入執(zhí)行機構


    數(shù)/模轉換器是一種將數(shù)字量轉換成模擬量的器件,簡稱D/A轉換器或DAC(Digital to Analog Con-vetter)。是數(shù)字控制系統(tǒng)中的關鍵器件,用于微處理器輸出的數(shù)字信號與電壓或電流等模擬信號的轉換,并送入執(zhí)行機構進行控制或調節(jié)。

1 芯片的主要性能特點
    T1公司的DAC9881是目前最高精確度的D/A轉換芯片。串行輸入、電壓輸出、單電源供電。它采用成熟的HPA07 COMS加工技術,分辨率達到18 b,采用標準的SPI(Serial PeripheralInterface)串行數(shù)據輸入方式,輸入數(shù)據時鐘頻率可達50 MHz,最低有效位穩(wěn)定至1 LSB,時間僅為5μs,滿足DSP,MCU,F(xiàn)PGA等系統(tǒng)的快速性要求。輸出電壓信號的最大值取決于外部參考電壓+VREF,它的范圍為2.7~5. 5 V;單通道輸出;持續(xù)工作時典型功耗為4 mw;最大積分非線性為±2 LSB(INL);最大微分非線性為±1 LSB(DNL);具有超寬的工作溫度范圍:-40~+125℃。該DAC芯片的特點是具有線性性質優(yōu)良,噪音低和輸出轉換特性快速;該芯片通過采用復雜的低噪音緩沖器,使噪音比采用外接元器件構成同等精度的DAC轉換器減少75%,其噪音比為24 nV/Hz。配置可編程掛起(低電壓模式)和運行功能,可以使系統(tǒng)在不需要進行D/A轉換時將DAC芯片掛起,此時輸出近似為0.000 0 V,功耗降到125μW,直到接收到寫命令操作為止。這樣既可顯著地降低系統(tǒng)的功耗,同時還能夠保證在接到寫命令操作后正常寫人數(shù)據,無需外加電源控制電路,簡化設計步驟。

2 芯片工作原理
    DAC9881的數(shù)據輸入方式為串行輸入,即工作節(jié)拍SCLK是和串行二進制數(shù)碼定時同步的,輸入端不需要緩沖器,串行二進制數(shù)碼在時鐘同步下控制D/A轉換器逐位工作。因此,轉換1個24位輸入數(shù)碼需要24個工作節(jié)拍周期,即需要24個時鐘周期。串行數(shù)據輸入后,經過邏輯網絡,將串行數(shù)據轉換為并行數(shù)據,進入并行T型電阻網絡(分段式R一2R網絡),通過保證電阻R的阻值一致性,用微調技術實現(xiàn)對積分線形度及微分線形度進行微調,以實現(xiàn)最優(yōu)化的積分線性度性能,然后經運算放大器后輸出電壓信號。內部結構圖如圖1所示。

3 引腳及引腳功能
3.1 DAC9881引腳
    DAC9881引腳如圖2所示。

3.2 主要引腳功能介紹
    主要引腳功能介紹如表1所示。

4 芯片的電氣特性
4.1 輸出電壓
    對于高精度DAC,系統(tǒng)接地和導線電阻的問題變得尤為重要。如該DAC芯片為18位轉換器,當系統(tǒng)的滿量程輸出為5 V時,1個LSB的值僅為19μV。輸出電壓范圍:

  
式中:VREFH為參考電壓上限;VREFL為參考電壓下限;CODE為輸出數(shù)據位,范圍0~262 143;G為增益,由GAIN引腳設定。[!--empirenews.page--]
4.2 數(shù)據輸入移位寄存器
    當LDAC輸入為低電平,片選信號CS為低電平時,每一位輸入數(shù)據在串行時鐘SCLK的上升沿時寫入SPI串口移位寄存器,如圖3所示。

4.3 數(shù)據傳輸格式
    每個寫周期中,向SPI串口移位寄存器寫入24位二進制數(shù)據,其中D17(MSB)…D0(LSB)為有效數(shù)據位,D23…D18為無效數(shù)據位,狀態(tài)任意。其數(shù)據格式如表2所示。

5 典型應用
    在控制領域中,如雷達伺服系統(tǒng)、電力電子器件的控制端給定等大多采用的是單極性給定,給定精度的高低直接影響著系統(tǒng)的性能指標??紤]到轉換速度越高越好,系統(tǒng)前端可以采用MCU,DSP,F(xiàn)PGA等高速器件作為核心控制單元。單極性輸出的典型電路如圖 4所示。若要設計任意產生電路,只需將上圖4中的反饋環(huán)節(jié)去除,當要求雙極性輸出時,電路的設計結構如圖5所示。


    例如,式(1)中當RA=2RB=2CC時,VO=4VOUT-2VREF,這樣就可以構成輸出為-2VREF~+2VREF的雙極性電壓信號。

6 結 語
    DAC9881是一款高性能的數(shù)/模轉換芯片,具有串行輸入、并行處理、電壓輸出特點;精度高,速度快,可以大大地減少對數(shù)據總線的占用,將廣泛地應用于高精度的控制場合和波形產生電路,如伺服控制、波形產生、精密儀器等。

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