深入解析DAC8574：低功耗16位DAC的卓越性能与应用

在电子设计领域，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色，它能够将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于各种需要模拟输出的系统中。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的DAC8574，这是一款低功耗、四通道、16位缓冲电压输出DAC，具有众多出色的特性和广泛的应用场景。

文件下载：dac8574.pdf

DAC8574概述

特性亮点

• 微功耗运行：在5V电源电压下，仅消耗950µA电流，非常适合对功耗要求苛刻的应用。
• 上电复位至零：内置上电复位电路，确保DAC输出在上电时为零伏，直到有有效写入操作。
• 宽电源电压范围：模拟电源电压范围为+2.7V至+5.5V，增强了其在不同电源环境下的适用性。
• 16位单调特性：保证了输出的单调性，提高了转换精度。
• 快速建立时间：满量程代码变化时，建立时间可达10µs至±0.003% FSR，能够快速响应输入变化。
• I²C接口：支持高达3.4Mbps的数据传输速率，实现高速数据通信。
• 片上输出缓冲放大器：具备轨到轨操作能力，可驱动2kΩ与1000pF并联的负载。
• 双缓冲输入寄存器：支持多达16个DAC8574的地址，可实现多达64个通道的同步更新。
• 宽温度范围：工作温度范围为 -40°C至105°C，适用于各种恶劣环境。
• 小型封装：采用16引脚TSSOP封装，节省电路板空间。

应用领域

DAC8574的特性使其在多个领域得到广泛应用，包括过程控制、数据采集系统、闭环伺服控制、PC外设和便携式仪器等。

详细技术分析

电气特性

• 静态性能：分辨率为16位，相对精度可达±0.0987% FSR，差分非线性误差为±1 LSB，保证了高精度的转换。
• 输出特性：输出电压范围为0至VREFH，建立时间在不同负载条件下表现出色，如在RL = 2kΩ、0pF < CL < 200pF时，满量程建立时间为8至10µs。
• 参考输入：VREFH输入范围为0至VDD，VREFL输入范围为0至GND且小于VREH，参考输入阻抗为35kΩ。
• 逻辑输入：输入电流为±1µA，输入低电压为0.3xIOVDD，输入高电压在VDD = 3V时为0.7xIOVDD。
• 电源要求：VDD和IOVDD电压范围为2.7V至5.5V，正常工作时IDD电流在不同电压下有所不同。

时序特性

I²C接口支持标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）和高速模式（3.4MHz），不同模式下的时钟频率、总线空闲时间、数据建立时间等时序参数各有不同。例如，在高速模式下，SCL时钟频率可达3.4MHz，数据建立时间仅为10ns。

典型特性

文档中提供了大量典型特性曲线，包括线性误差与数字输入代码的关系、零刻度误差与温度的关系、满量程误差与温度的关系等。这些曲线有助于工程师更好地了解DAC8574在不同条件下的性能表现，为设计提供参考。

工作原理

D/A部分

DAC8574采用电阻串DAC架构，后面跟随输出缓冲放大器。输入编码为无符号二进制，理想输出电压由公式$V{OUT }=V{REF } L+\left(V{REF } H-V{REF } L\right) × \frac{D}{65536}$计算得出，其中D为加载到DAC寄存器的二进制代码的十进制等效值。

电阻串

电阻串部分由一个二分电阻和一串阻值为R的电阻组成，通过闭合连接电阻串和放大器的开关，从电阻串的特定节点提取电压输入到输出放大器。

输出放大器

输出缓冲是一个增益为2的同相放大器，能够产生轨到轨的输出电压，输出范围为0V至VDD，可驱动2kΩ与1000pF并联的负载。

I²C接口

DAC8574作为I²C总线的从设备，支持标准模式、快速模式和高速模式。主设备通过发送起始条件、设备地址、控制字节、数据字节等信息与DAC8574进行通信。不同模式下的通信协议有所差异，但基本原理都是通过SDA和SCL两条线进行数据传输和时钟同步。

应用信息

基本连接

DAC8574可直接与标准模式、快速模式和高速模式的I²C控制器接口。在连接时，需要注意SDA和SCL线上的上拉电阻选择，其大小取决于总线工作速度和总线电容。

使用GPIO端口模拟I²C

如果没有可用的I²C控制器，可以使用微控制器的GPIO引脚模拟I²C总线协议。通过设置GPIO线的输入输出模式和电平状态，实现数据的发送和接收。

电源供应

可以使用REF02等电压参考源为DAC8574提供电源，同时需要考虑负载电流和电源的负载调节特性，以确保输出精度。

工业控制应用

在工业控制应用中，DAC8574的高分辨率和快速建立时间使其能够满足高精度和高速控制的需求。通过与运算放大器和电压参考源配合使用，可以生成工业控制所需的各种电压范围。

数字校正

对于需要提高精度的开环应用，可以通过测量和数字校正DAC8574的偏移和增益误差，改善其转换精度。

64通道操作

DAC8574支持多达64个通道的同步更新，通过广播操作可以同时更新所有通道的数据或电源状态，方便实现多通道系统的控制。

总结

DAC8574是一款功能强大、性能卓越的低功耗16位DAC，具有丰富的特性和广泛的应用场景。其高精度、快速建立时间、低功耗等优点使其成为电子工程师在设计过程中的理想选择。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、电源供应、连接方式等，以充分发挥DAC8574的性能优势。同时，通过数字校正等技术手段，可以进一步提高系统的精度和稳定性。希望本文对大家了解和应用DAC8574有所帮助，如果你在使用过程中有任何问题或经验，欢迎在评论区分享交流。