DAC6574：低功耗10位电压输出DAC的卓越之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨的是德州仪器（TI）的DAC6574，一款低功耗、四通道、10位缓冲电压输出的DAC，它在众多应用场景中都展现出了卓越的性能。

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1. 特性亮点

1.1 低功耗运行

DAC6574的微功耗特性令人瞩目，在3V VDD时仅消耗500µA电流。而且，它具备每通道的断电功能，在5V时可将电流消耗降低至200nA，正常工作时功耗小于3mW（VDD = 5V），断电模式下更是低至1µW。这使得它非常适合用于便携式电池供电设备，能有效延长设备的续航时间。

1.2 高速更新

拥有188kSPS的快速更新速率，能满足对数据实时性要求较高的应用场景，确保数据的快速转换和输出。

1.3 宽电压范围与高精度

支持2.7 - 5.5V的模拟电源供电，输出范围为0 - VDD。10位的分辨率和良好的线性度，相对精度可达±0.5 - ±2 LSB，差分非线性度在±0.1 - ±0.5 LSB之间，能提供高精度的模拟输出。

1.4 丰富的接口与功能

采用I²C兼容的两线串行接口，支持标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）和高速模式（3.4Mbps），地址支持多达四个DAC6574，可实现多达16个通道的同步更新。此外，它还具有双缓冲输入寄存器和上电复位至零的功能，增强了系统的稳定性和可靠性。

2. 应用领域

DAC6574的应用十分广泛，涵盖了过程控制、数据采集系统、闭环伺服控制、PC外设和便携式仪器等领域。在这些应用中，它的低功耗、高精度和高速更新特性都能发挥重要作用，为系统提供稳定、准确的模拟输出。

3. 工作原理

3.1 D/A架构

DAC6574的架构由一个电阻串DAC和一个输出缓冲放大器组成。输入编码为无符号二进制，理想输出电压公式为$V{OUT }=V{D D} × \frac{D}{1024}$，其中D是加载到DAC寄存器的二进制代码的十进制等效值，范围从0到1023。

3.2 电阻串部分

电阻串部分是一个二分电阻，后面跟着一串阻值为R的电阻。加载到DAC寄存器的代码决定了从电阻串的哪个节点提取电压，通过闭合连接电阻串和放大器的开关之一，将电压输入到输出放大器。由于这种电阻串架构，它具有单调特性。

3.3 输出放大器

输出缓冲是一个增益为2的同相放大器，能够实现轨到轨的输出电压，输出范围为0V到VDD。它能够驱动2kΩ与1000pF并联到地的负载，压摆率为1V/µs，半量程建立时间为7µs（输出空载）。

3.4 I²C接口

I²C是飞利浦半导体开发的两线串行接口，由数据线（SDA）和时钟线（SCL）组成，带有上拉结构。DAC6574作为从设备，支持标准模式、快速模式和高速模式的数据传输。在不同模式下，数据传输协议有所不同，但都遵循I²C总线的基本规则。

4. 电气与时序特性

4.1 电气特性

在静态性能方面，分辨率为10位，相对精度、差分非线性度等指标都表现出色。输出特性方面，输出电压范围为0 - VDD，输出电压建立时间在不同负载条件下有所不同，直流串扰小于0.01 LSB，交流串扰在1kHz正弦波时小于 - 100dB。逻辑输入和电源要求也有明确的参数，确保了系统的稳定运行。

4.2 时序特性

不同模式下的SCL时钟频率、总线空闲时间、数据建立和保持时间等都有严格的要求。例如，标准模式下SCL时钟频率最大为100kHz，快速模式为400kHz，高速模式在不同电容负载下有所不同。这些时序特性保证了数据的准确传输和处理。

5. 典型特性曲线

文档中给出了一系列典型特性曲线，包括线性误差和差分线性误差与数字输入代码的关系、零刻度误差、满刻度误差与温度的关系、源电流和灌电流能力、电源电流与数字输入代码、温度和电源电压的关系等。这些曲线有助于工程师更好地了解DAC6574在不同条件下的性能表现，为设计提供参考。

6. 操作模式与寄存器

6.1 I²C更新序列

DAC6574的单次更新需要一个起始条件、一个有效的I²C地址、一个控制字节、一个MSB字节和一个LSB字节。每次接收字节后，它会通过拉低SDA线进行确认。控制字节设置操作模式，后续的数据更新根据控制命令进行。在不同模式下，更新速率有所不同，高速模式下可达188.88KSPS。

6.2 地址字节与广播地址

地址字节的前五位是工厂预设的10011，接下来的两位是设备选择位A1和A0，可连接到VDD或数字地，也可由TTL/CMOS逻辑电平驱动。广播地址支持同步更新或关闭多个DAC6574设备，在写模式下有效。

6.3 控制字节

控制字节决定了更新模式、通道选择和电源状态。不同的位组合对应不同的功能，如存储I²C数据、更新选定的DAC、四通道同步更新和广播更新等。

6.4 寄存器

DAC6574包含多个寄存器，如控制寄存器、MSB寄存器、LSB寄存器、临时存储寄存器和DAC寄存器。这些寄存器用于存储控制信息和数据，确保系统的正常运行。

7. 应用信息

7.1 基本连接

DAC6574的连接相对简单，0.1µF的旁路电容有助于提供电源所需的瞬时额外电流。它可以直接与标准模式、快速模式和高速模式的I²C控制器接口，I²C总线的SDA和SCL线需要上拉电阻，电阻大小取决于总线速度和电容。

7.2 使用GPIO端口模拟I²C

如果没有I²C控制器，DAC6574可以连接到GPIO引脚，通过软件模拟I²C总线协议。在这种情况下，需要注意时钟线的驱动方式和上拉电阻的使用。

7.3 电源供应

为了消除电源噪声对DAC输出的影响，需要为DAC6574提供干净、稳定的电源。建议使用精密电压参考源，如REF2930、REF2933和REF02，以确保最佳性能。

7.4 布局注意事项

作为精密模拟组件，DAC6574需要精心布局、充足的旁路电容和干净、稳定的电源。电源和接地连接要分开，避免噪声耦合到模拟输出。同时，建议使用1 - 10µF的电容与0.1µF的旁路电容并联，以降低高频噪声。

8. 总结

DAC6574以其低功耗、高速更新、高精度和丰富的功能，成为了电子工程师在设计数模转换系统时的理想选择。无论是在便携式设备还是工业控制领域，它都能提供可靠、稳定的模拟输出。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择工作模式、配置寄存器，并注意电源和布局等方面的问题，以充分发挥DAC6574的性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。