DAC81416 16通道16位高压输出DAC技术手册

12 位 DAC61416、14 位 DAC71416 和 16 位 DAC81416 （DACx1416） 是引脚兼容的 16 通道缓冲高压输出数模转换器 （DAC） 系列。DACx1416 包括一个低漂移、2.5V 内部基准电压源，在大多数应用中无需外部精密基准电压源。这些器件指定为单调，并提供 ±1LSB INL 的高线性度。
*附件：dac81416.pdf

用户可选择的输出配置可实现 ±20V、±10V、±5V 或 ±2.5V 的满量程双极性输出电压，以及 40V、20V、10V 或 5V 的满量程单极性输出电压。每个DAC通道的满量程输出范围是可独立编程的。集成的DAC输出缓冲器吸收或拉高达25mA，从而限制了对额外运算放大器的需求。每对通道均可配置为提供带失调校准的差分输出。三个专用的 A-B 拨动引脚支持产生多达三个可能频率的抖动信号。

DACx1416 集成了一个上电复位 （POR） 电路，该电路在上电时将 DAC 输出接地。输出保持此状态，直到器件寄存器正确配置为工作。

与DACx1416的通信通过4线串行接口进行，支持1.7V至5.5V的工作电压。

特性

• 性能
  • 指定单调，分辨率为 16 位
  • INL：16 位分辨率下最大 ±1 LSB
  • 星期二：FSR 最大值的 ±0.1%
• 集成 2.5V 精密内部基准电压源
  • 初始精度：最大 ±2.5mV
  • 低漂移：5ppm/°C（典型值）
• 灵活的输出配置
  • 输出范围：±2.5V、±5V、±10V、±20V 0V 至 5V、0V 至 10V、0V 至 20V 或 0V 至 40V
  • 差分输出模式
• 高驱动能力：±25mA，电源轨为1.5V
• 三个专用的 A-B 拨动引脚，用于产生抖动信号
• 模拟温度输出
  • 传感器增益为 –4mV/°C
• 50MHz SPI 兼容串行接口
  • 4线模式，1.7V至5.5V工作电压
  • 菊花链作
  • CRC 错误检查
• 温度范围：–40°C 至 +125°C
• 小包装
  • 6mm × 6mm，40 引脚 VQFN

参数

方框图

DACx1416 系列是德州仪器推出的 16 通道高压输出数模转换器（DAC），核心优势为多通道集成、宽输出电压范围、高分辨率与强驱动能力，集成精密内部参考源，支持灵活工作模式，适用于光模块、半导体测试、数据采集等高压多通道控制场景。

一、核心产品特性与参数

1. 分辨率与精度

• 系列包含三款型号：16 位（DAC81416）、14 位（DAC71416）、12 位（DAC61416），均保证单调性，积分非线性误差（INL）最大 ±1 LSB（16 位非 40V/±2.5V 范围），总未调整误差（TUE）最大 ±0.1% FSR，精度表现优异。
• 内置 2.5V 精密参考源，初始精度 ±2.5 mV，温度漂移典型值 5 ppm/°C，支持外部参考输入，适配不同精度需求。

2. 输出与驱动能力

• 输出电压范围灵活：单极性 05V/010V/020V/040V，双极性 ±2.5V/±5V/±10V/±20V，支持通道成对配置为差分输出模式，可补偿直流偏移误差（±0.2% FSR 调整窗口）。
• 驱动能力强：输出缓冲器可源极 / 灌极 ±25 mA 电流，距电源轨 1.5V 时仍维持精度，直流输出阻抗低至 0.05 Ω，负载调节 70 μV/mA，无需额外运放即可驱动多种负载。

3. 电源与环境

• 电源配置：数字 / 模拟电源（VDD/VAA）4.5V5.5V，IO 电源（VIO）1.7V5.5V，正输出电源（VCC）9V41.5V，负输出电源（VSS）-21.5V0V，无电源时序要求。
• 工作温度范围 - 40°C~+125°C，结温最高 150°C，集成热关断保护（140°C 触发）与模拟温度传感器（输出斜率 - 4 mV/°C），环境适应性强。

4. 接口与速率

• 采用 4 线 SPI 兼容串行接口，支持 1.7V~5.5V 逻辑电平，最高时钟频率 50 MHz（VIO≥2.7V 时），支持菊花链、流模式与 CRC 错误校验，通信可靠。
• 动态性能：建立时间 12 μs（±10V 范围），压摆率最高 4 V/μs，输出噪声密度 78 nV/√Hz（1 kHz 时），glitch 脉冲 4 nV・s，信号完整性佳。

二、关键功能与工作模式

1. 灵活工作模式

• 切换模式（Toggle Mode） ：通过 3 个 TOGGLE 引脚或软件控制，每个通道可在两个预设值间切换，支持抖动信号生成（最高三种频率），适配周期性信号输出场景（如 MZM 调制器偏置）。
• 同步 / 异步更新 ：支持单通道异步更新或多通道同步更新（通过 LDAC 引脚 / 寄存器触发），广播模式可通过单次写入同步更新多个通道输出（仅单端模式支持）。
• 掉电与复位 ：支持通道独立掉电（输出经 10 kΩ 电阻接地）与全局掉电，具备上电复位（POR）、硬件复位（RESET 引脚）、软件复位功能，复位后输出钳位至地。

2. 辅助功能

• 集成模拟温度传感器（TEMPOUT 引脚），实时监测器件结温，配合热关断保护，提升系统可靠性。
• 支持通道间隔离：通道间 AC 串扰 4 nV・s，DC 串扰 0.25 LSB，数字馈通 1 nV・s，信号干扰小。

三、典型应用场景

1. 核心应用领域

• 光通信：马赫 - 曾德尔调制器（MZM）偏置控制（适配 LiNbO₃与 InP 类型调制器）、光模块、长途 / 城域互联设备。
• 测试与测量：半导体测试设备、实验室仪器、数据采集（DAQ）系统。
• 工业电子：多通道高压电源、精密伺服控制。

2. 典型应用电路

• MZM 调制器偏置电路 ：利用 16 通道差分输出与切换模式，生成直流偏置与抖动信号（100 Hz~100 kHz），满足 OIF 标准对 IQ 偏置与相位偏置的 6 对差分输入需求，支持 ±18V 高压与 25 mA 驱动电流，适配不同类型调制器。

四、封装与订购信息

1. 封装规格

• 采用 6 mm×6 mm 40 引脚 VQFN 封装，底部带散热焊盘，需通过多个过孔连接 PCB 接地平面以优化散热，满足高压大电流场景的热管理需求。

2. 订购型号

• 主要型号：DAC81416RHAR（2500 片 / 大卷带）、DAC81416RHAT（250 片 / 小卷带），DAC71416/DAC61416 型号规格一致，仅型号标识不同。
• 封装特性：焊球材质为 NIPDAUAG，moisture sensitivity level（MSL）等级 3（260°C 峰值回流，168 小时存储），符合 RoHS 标准，工作温度 - 40°C~+125°C。

五、设计与使用建议

1. 电源与布局

• 各电源引脚就近放置 0.1 μF 陶瓷去耦电容，VCC/VSS 额外配置 4.7 μF~10 μF 大容量电容，降低电源噪声。
• 模拟信号与数字信号分开布线，数字信号需有完整参考平面，高频信号（如 SCLK/SDI）需阻抗匹配，避免干扰。

2. 参考源与差分配置

• 内部参考使用时，REF 引脚需并联 150 nF 滤波电容，REFCMP 与 REFGND 间并联 330 pF 补偿电容，保证参考稳定性。
• 差分输出模式下，成对通道需配置相同输出范围，调整偏移寄存器后需重新写入通道数据。