DACx3204W 系列技术文档总结

12位DAC63204W和10位DAC53204W（DACx3204W）是引脚兼容的四通道、缓冲、电压输出和电流输出智能数模转换器（DAC）系列。这些器件支持Hi-Z掉电模式和断电条件下的Hi-Z输出。DAC输出提供力检测选项，可用作可编程比较器和电流源或灌电流。多功能GPIO、功能生成和NVM使这些智能DAC能够实现无处理器应用和设计重用。这些器件可自动检测I2C、SPI和PMBus接口，并包含内部基准电压源。

这些智能DAC的功能集与微型封装和低功耗相结合，是电压裕度和缩放、用于偏置和校准的直流设定点以及波形生成等应用的绝佳选择。
*附件：dac53204w.pdf

特性

• 具有灵活配置的可编程电压或电流输出：
  • 电压输出：
    • 1LSB DNL
    • 收益为 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
  • 电流输出：
    • 1LSB INL 和 DNL（8 位）
    • ±25μA、±50μA、±125μA、±250μA输出范围选项
• 适用于所有通道的可编程比较器模式
• VDD关闭时的高阻抗输出
• 高阻抗和电阻下拉掉电模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自动检测I2C、SPI或PMBus接口
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用输入/输出 （GPIO） 可配置为多种功能
• 预定义波形生成：正弦波、三角波、锯齿波
• 用户可编程非易失性存储器 （NVM）
• 内部、外部或电源作为参考
• 工作范围广：
  • 电源：1.8V 至 5.5V
  • 温度范围：–40°C 至 +125°C
• 微型封装：16引脚DSBGA（1.76mm×1.76mm）

参数

方框图

一、产品概述与型号差异

DACx3204W 系列是高度集成的 “智能 DAC”，通过四通道独立配置、多接口自动识别、内置诊断与波形生成功能，适配小型化系统设计。两款型号仅分辨率不同，其他功能与封装完全兼容，便于根据精度需求灵活选型。

1. 型号核心差异

型号	分辨率	核心精度指标	适配场景
DAC53204W	10 位	积分非线性（INL）±1.25 LSB，成本更优	对精度要求适中的工业控制模块
DAC63204W	12 位	积分非线性（INL）±5 LSB，支持更高精度输出	光学模块、高精度传感器校准

2. 基础参数总览

类别	关键指标	说明
封装规格	1.76mm×1.76mm 16 引脚 DSBGA（YBH 封装）	超小尺寸，0.4mm 最大高度，适配高密度布局
工作温度	-40℃~+125℃	满足工业级宽温环境需求
供电范围	VDD：1.7V5.5V；IOVDD：1.7V5.5V	单电源供电，适配不同系统电压需求
静态电流	电压输出模式典型 150μA / 通道；电流输出模式典型 42μA~200μA / 通道	低功耗，适配电池或环路供电场景
核心集成	12 位比较器、1.21V 内部基准、NVM、波形生成器	减少外围器件，简化系统设计

二、核心功能与性能参数

1. 多模式输出模块（电压 / 电流）

作为核心功能，DAC 支持电压与电流输出独立配置，覆盖不同信号需求，且各通道可单独设置输出模式与参数：

（1）电压输出模式

• 性能参数 ：
  • 输出范围：依赖参考源与增益，内部 1.21V 基准下支持 1.5×/2×/3×/4× 增益（如 4× 增益时输出 0~4.84V），外部参考或 VDD 作为参考时增益固定 1×；
  • 精度：DAC63204W（12 位）总未调整误差（TUE）≤1.5% FSR，DAC53204W（10 位）INL±1.25 LSB；
  • 动态特性：建立时间 20μs（1/43/4 量程，±10% FSR），输出噪声（0.1Hz10Hz）典型 50μVpp，电源抑制比（AC）-68dB。
• 关键功能 ：
  • 增益灵活配置：支持内部基准（1.5×~4×）、外部基准（1×）、VDD 作为基准（1×）三种模式，适配不同输出范围需求；
  • 高阻输出：VDD 掉电时输出自动进入高阻态， leakage 电流≤500nA，避免影响后端电路；
  • 可编程压摆率：支持 132 LSB 步长、4μs5.1ms / 步时间配置，避免输出信号突变导致的系统干扰。

（2）电流输出模式

• 性能参数 ：
  • 输出范围：支持 ±25μA/±50μA/±125μA/±250μA 四档可选，8 位分辨率；
  • 精度：积分非线性（INL）±1 LSB，增益误差 ±1.3% FSR，输出阻抗典型 60MΩ；
  • 动态特性：建立时间 60μs（1/43/4 量程，±1 LSB），输出噪声（0.1Hz10Hz）典型 150nApp。
• 关键功能 ：
  • 双向电流输出：支持 sourcing/sinking 双向电流，适配电流源 / 灌应用场景；
  • 低泄漏设计：电流模式下反馈引脚（FBx）悬空时泄漏电流最小化，保障输出精度。

2. 智能功能模块

（1）可编程波形生成

支持正弦波、三角波、锯齿波（含反向锯齿波）三种预设波形，无需处理器干预即可独立生成，简化信号源设计：

• 波形参数 ：
  • 正弦波：24 个离散点 / 周期，支持 0°/90°/120°/240° 四相位配置，频率由压摆率决定（如 4μs / 步时频率≈10.4Hz）；
  • 三角波 / 锯齿波：由 DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW 寄存器设定波形上下限，频率 = 1/[2× 步长时间 ×（量程 / 步长）]（三角波）或 1/[步长时间 ×（量程 / 步长 + 1）]（锯齿波）；
• 应用价值 ：可直接作为测试信号源或控制信号，减少对外部 MCU 的依赖，降低系统功耗。

（2）非易失性存储器（NVM）

内置用户可编程 NVM，支持存储寄存器配置参数，实现上电自动加载，无需每次启动重新配置：

• 存储内容 ：包括 DAC 输出范围、增益、波形参数、电源 - down 模式等关键配置；
• 可靠性指标 ： endurance（-40℃~+85℃）20000 次擦写，数据 retention（25℃）50 年，满足长期稳定使用需求；
• CRC 校验 ：NVM 数据加载时自动进行 16 位 CRC 校验，检测数据损坏（NVM-CRC-FAIL-USER/INT 标志位提示故障）。

（3）可编程比较器模式

每个 DAC 通道可配置为可编程比较器，利用反馈引脚（FBx）实现阈值检测，适配故障诊断场景：

• 工作模式 ：
  • 无滞回模式：直接比较 FBx 输入与 DAC 输出；
  • 滞回模式：通过 DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW 设定滞回阈值，避免噪声误触发；
  • 窗口比较器模式：检测 FBx 输入是否在设定窗口内，输出结果存储于 CMP-STATUS 寄存器；
• 输出配置 ：支持推挽 / 开漏输出，可反转输出极性，适配不同系统电平需求。

3. 多接口与控制功能

（1）自动识别数字接口

支持 SPI、I2C、PMBus 三种接口自动检测，无需硬件配置，简化系统集成：

• SPI ：默认 3 线模式（SCLK/SYNC/SDI），GPIO 可配置为 SDO 实现 4 线读回，写操作最高 50MHz，读操作最高 2.5MHz；
• I2C ：支持标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）、快速模式 +（1MHz），通过 A0 引脚可配置 4 个从地址，支持广播地址同步多器件；
• PMBus ：I2C 模式下兼容 PMBus 命令（如 Margin High/Low、Turn On/Off），适配电源管理系统。

（2）通用输入输出（GPIO）多功能配置

GPIO 引脚可配置为 13 种输入 / 输出功能，实现处理器 - less 控制，提升系统可靠性：

• 输入功能 ：触发故障转储（FAULT-DUMP）、DAC 电源 - down、比较器复位、波形启停等，支持边沿 / 电平触发；
• 输出功能 ：指示 NVM 忙、DAC 通道忙、窗口比较器结果等状态，避免额外通信开销；
• 应用价值 ：系统故障时可通过 GPIO 直接触发保护动作（如切换 DAC 至安全输出），无需软件干预。

三、功能架构与典型应用

1. 核心架构

采用 “数字控制 - 模拟输出 - 诊断监控” 三层架构，模块协同实现高集成度与灵活性：

• 数字控制层 ：含接口检测、NVM 管理、波形生成逻辑，负责指令解析、参数存储与波形时序控制；
• 模拟输出层 ：每个通道独立的 DAC 核心（电阻串架构）+ 输出缓冲，支持电压 / 电流模式切换，FBx 引脚实现反馈与比较器输入复用；
• 诊断监控层 ：NVM CRC 校验、通道忙状态检测、比较器故障提示，保障输出稳定性与系统安全性。

2. 典型应用场景：可编程电流源（光学模块）

（1）应用原理

DACx3204W 通过电压输出控制外部 MOSFET，实现大于 250μA 的大电流输出，FBx 引脚补偿 MOSFET 因温度、老化导致的电压漂移，GPIO 引脚控制电流启停，适配光学模块激光驱动等场景：

• 核心电路 ：DAC 输出电压（VSET）通过电阻 RSET（如 3Ω）设定电流范围，外部 MOSFET 扩展输出电流（0~200mA），FBx 引脚监测 MOSFET 源极电压，动态调整 DAC 输出以补偿漂移；
• 关键参数 ：VSET 典型 0.6V（对应 200mA 电流），DAC 代码通过公式计算（如 DAC63204W 内部 1.21V 基准、1.5× 增益时，代码 = 0x54A）。

（2）设计要点

• 电源设计 ：VDD 引脚并 0.1μF 去耦电容，CAP 引脚并 1.5μF LDO 旁路电容，保障电源稳定性；
• 布局建议 ：模拟信号（OUTx/FBx）与数字信号（SCLK/SDA）严格分区，参考引脚（VREF）靠近器件放置，减少噪声串扰；
• 可靠性设计 ：通过 NVM 存储 DAC 配置参数，上电自动加载；GPIO 配置为 Margin-High/Low 触发，实现电流启停的可编程压摆率（如 8μs / 步、8 LSB 步长，总 slew 时间 1.36ms）。

四、电气特性与设计建议

1. 关键电气特性（典型值，TA=25℃，VDD=5.5V）

参数类别	指标（电压输出模式）	指标（电流输出模式，±250μA 范围）
静态精度	DAC63204W INL±5 LSB，DNL±1 LSB	INL±1 LSB，DNL±1 LSB，增益误差 ±1.3% FSR
动态特性	建立时间 20μs，输出噪声 50μVpp（0.1Hz~10Hz）	建立时间 60μs，输出噪声 150nApp（0.1Hz~10Hz）
电源抑制比	AC -68dB（50Hz/60Hz）	DC 0.23 LSB/V，AC 0.65 LSB/V
输出能力	短路电流 60mA（VDD=5.5V），输出阻抗 500kΩ	输出 compliance 电压 400mV，输出阻抗 60MΩ

2. 设计建议

（1）电源与参考设计

• 去耦配置 ：VDD 引脚就近并 0.1μF 陶瓷电容（X7R 材质），CAP 引脚并 1.5μF 低 ESR 电容，抑制电源噪声；
• 参考选择 ：使用内部 1.21V 基准时，需设置 EN-INT-REF=1，VREF 引脚并 0.1μF 电容；使用外部基准时，确保基准电压≤VDD，且基准上电晚于 VDD。

（2）PCB 布局

• 分区隔离 ：模拟区域（OUTx/FBx/VREF）与数字区域（SCLK/SDA/GPIO）分开布局，模拟地与数字地单点连接，避免串扰；
• 散热设计 ：DSBGA 封装底部热焊盘需连接至大面积接地铜皮，配合散热过孔，降低结温（结到环境热阻 RθJA=81.2℃/W）；
• 敏感信号保护 ：FBx 引脚布线尽量短，远离数字时钟线（SCLK），减少高频干扰导致的比较器误触发。

（3）接口与 NVM 配置

• SPI 读回 ：默认 3 线模式无读回功能，需在 NVM 中配置 GPIO 为 SDO，读操作时钟最高 2.5MHz（FSDO=1 时）；
• NVM 编程 ：编程前需确保器件未锁定（DEV-LOCK=0），编程后通过 NVM-RELOAD 验证数据加载，避免配置丢失；
• PMBus 兼容 ：启用 EN-PMBUS=1 后，支持 Margin High/Low 等 PMBus 命令，需先配置 PMBUS-PAGE 寄存器选择通道。