浅谈18位数/模转换芯片DAC9881的原理与应用

数/模转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件，简称D/A转换器或DAC是数字控制系统中的关键器件，用于微处理器输出的数字信号与电压或电流等模拟信号的转换，并送入执行机构进行控制或调节。

1 芯片的主要性能特点

T1公司的DAC9881是目前最高精确度的D/A转换芯片。串行输入、电压输出、单电源供电。它采用成熟的HPA07 COMS加工技术，分辨率达到18 b,采用标准的SPI串行数据输入方式，输入数据时钟频率可达50 MHz,最低有效位稳定至1 LSB,时间仅为5μs,满足DSP,MCU,FPGA等系统的快速性要求。该芯片通过采用复杂的低噪音缓冲器，使噪音比采用外接元器件构成同等精度的DAC转换器减少75%,其噪音比为24 nV/Hz.配置可编程挂起（低电压模式）和运行功能，可以使系统在不需要进行D/A转换时将DAC芯片挂起，此时输出近似为0.000 0 V,功耗降到125μW,直到接收到写命令操作为止。这样既可显着地降低系统的功耗，同时还能够保证在接到写命令操作后正常写人数据，无需外加电源控制电路，简化设计步骤。

2 芯片工作原理

DAC9881的数据输入方式为串行输入。因此，转换1个24位输入数码需要24个工作节拍周期，通过保证电阻R的阻值一致性，用微调技术实现对积分线形度及微分线形度进行微调，以实现最优化的积分线性度性能，然后经运算放大器后输出电压信号。内部结构图如图1所示。

3 引脚及引脚功能

3.1 DAC9881引脚

DAC9881引脚如图2所示。

3.2 主要引脚功能介绍

主要引脚功能介绍如表1所示。

4 芯片的电气特性

4.1 输出电压

对于高精度DAC,系统接地和导线电阻的问题变得尤为重要。如该DAC芯片为18位转换器，当系统的满量程输出为5 V时，1个LSB的值仅为19μV.输出电压范围：

式中：VREFH为参考电压上限；VREFL为参考电压下限；CODE为输出数据位，范围0~262 143;G为增益，由GAIN引脚设定。

4.2 数据输入移位寄存器

当LDAC输入为低电平，片选信号CS为低电平时，每一位输入数据在串行时钟SCLK的上升沿时写入SPI串口移位寄存器，如图3所示。

4.3 数据传输格式

每个写周期中，向SPI串口移位寄存器写入24位二进制数据，其中D17（MSB）…D0（LSB）为有效数据位，D23…D18为无效数据位，状态任意。其数据格式如表2所示。

5 典型应用

在控制领域中，如雷达伺服系统、电力电子器件的控制端给定等大多采用的是单极性给定，给定精度的高低直接影响着系统的性能指标。考虑到转换速度越高越好，系统前端可以采用MCU,DSP,FPGA等高速器件作为核心控制单元。单极性输出的典型电路如图 4所示。若要设计任意产生电路，只需将上图4中的反馈环节去除，当要求双极性输出时，电路的设计结构如图5所示。

6 结 语

DAC9881是一款高性能的数/模转换芯片，具有串行输入、并行处理、电压输出特点；精度高，速度快，可以大大地减少对数据总线的占用，将广泛地应用于高精度的控制场合和波形产生电路。

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