德州仪器DAC8534：低功耗16位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。德州仪器（TI）的DAC8534作为一款四通道、16位的DAC，凭借其低功耗、高性能和灵活的接口等特点，在众多应用场景中展现出了强大的竞争力。今天，我们就来深入探讨一下这款DAC8534。

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产品概述

特性亮点

1. 宽电源范围与低功耗：支持+2.7V至+5.5V的电源供电，在5V供电时仅消耗950µA电流，处于微功耗水平。在正常工作时功耗为5mW，而在掉电模式下可低至4µW，非常适合便携式电池供电设备。
2. 高精度与快速响应：具有16位分辨率，在全温度范围内保持单调性。建立时间仅需10µs即可达到±0.003% FSR，能够快速准确地将数字信号转换为模拟信号。
3. 超低串扰：交流串扰典型值为 -100dB，有效减少通道间的干扰，确保各通道输出的独立性和准确性。
4. 丰富功能与灵活架构：具备上电复位至零刻度功能，片上输出缓冲放大器支持轨到轨操作。采用双缓冲输入架构，可实现同时或顺序输出更新和掉电功能，还拥有16通道广播能力。

应用场景

DAC8534的应用范围十分广泛，涵盖了便携式仪器仪表、闭环伺服控制、过程控制、数据采集系统、可编程衰减以及PC外设等领域。其低功耗和高性能的特点使其能够满足这些应用场景对精度和稳定性的要求。

详细规格

绝对最大额定值

在使用DAC8534时，需要注意其绝对最大额定值，如电源电压范围、数字输入电压、输出电压、工作温度范围等。超过这些额定值可能会对器件造成永久性损坏，影响其可靠性。例如，电源电压AVDD到GND的范围为 -0.3V 至 +6V，工作温度范围为 -40°C 至 +105°C。

电气特性

1. 静态性能：分辨率为16位，相对精度为 ±0.0987% FSR，微分非线性为 ±0.25 LSB（典型值），零刻度误差为 +5 至 +20mV等，这些参数保证了DAC的高精度转换。
2. 输出特性：输出电压建立时间在不同条件下有所不同，如在达到 ±0.003% FSR 时为 8 至 10µs。输出摆率为 1V/µs，电容负载稳定性在不同负载电阻下有不同表现，能满足多种负载需求。
3. 交流性能：在特定条件下，信噪比（SNR）可达94dB，总谐波失真（THD）为67dB，无杂散动态范围（SFDR）为69dB，展现出良好的交流性能。

引脚配置与描述

DAC8534采用TSSOP - 16封装，各引脚具有明确的功能。例如，AVDD为电源输入引脚，范围为 +2.7V 至 +5.5V；SYNC为电平触发控制输入引脚，用于输入数据的帧同步；SCLK为串行时钟输入引脚，数据传输速率最高可达30MHz；DIN为串行数据输入引脚等。了解这些引脚功能对于正确使用DAC8534至关重要。

工作原理

DAC架构

DAC8534每个通道的架构由电阻串DAC和输出缓冲放大器组成。输入编码为单极直二进制，理想输出电压由特定公式计算得出。电阻串部分通过加载到DAC寄存器的代码确定电压抽取节点，然后通过开关将电压施加到输出放大器。输出缓冲放大器能够实现轨到轨输出，可驱动2kΩ并联1000pF的负载。

串行接口

采用3线串行接口，兼容SPI™、QSPI™和Microwire™接口标准以及大多数DSP。写序列通过将SYNC线拉低开始，数据在SCLK的下降沿时钟输入到24位移位寄存器。在第24个时钟下降沿，移位寄存器锁定，8个最高有效位（MSBs）作为控制位，16个最低有效位（LSBs）作为数据位，DAC8534解码这些位以执行所需功能。

电源与电压转换

IOVDD引脚为DAC8534的数字输入结构供电，单电源操作时可连接到AVDD，双电源操作时提供与各种CMOS逻辑系列的接口灵活性。外部逻辑高输入通过电平转换器转换为AVDD，确保与不同逻辑家族的兼容性。

掉电与数据选择

DB16为掉电标志，若该标志置位，DB15和DB14选择四种掉电模式之一。掉电条件可存储在每个DAC的临时寄存器中，可同时更新DAC的数据、掉电或两者的组合。

输入移位寄存器

输入移位寄存器为24位宽，由8个控制位和16个数据位组成。前两个控制位为地址匹配位，可实现硬件寻址功能，允许单个主机通过单个SPI总线与多达四个DAC8534通信，实现16通道操作。

同步中断与负载命令

SYNC线用于控制写序列，若在24位序列完成前SYNC线变为高电平，将重置SPI接口，不进行数据传输。DAC8534支持多种负载命令，包括广播命令，可对所有DAC8534进行操作。

上电复位

DAC8534包含上电复位电路，上电时DAC寄存器填充为零，输出电压设置为零刻度，直到对相应DAC通道进行有效写序列和负载命令。

掉电模式

DAC8534有四种掉电模式，通过设置移位寄存器中的三个位（PD2、PD1和PD0）并执行“Load”操作来选择。掉电时，模拟电路关闭，每个DAC在满足特定条件时退出掉电模式。

操作示例

数据写入与更新

通过具体的操作示例，如同时将数据写入四个数据缓冲区并更新DAC输出，或顺序加载新数据到四个DAC输出等，展示了DAC8534在不同应用场景下的操作方法。这些示例帮助工程师更好地理解如何使用DAC8534实现所需的功能。

LDAC功能

DAC8534提供软件和硬件同时更新功能。软件同时更新由Load 1（LD1）和Load 0（LD0）控制位控制，硬件更新通过LDAC引脚实现。LDAC引脚用于异步更改DAC输出电压，但应在缓冲区通过软件正确更新后使用。

微处理器接口

与不同处理器的接口

介绍了DAC8534与8051、Microwire、68HC11和TMS320 DSP等微处理器的接口方法。例如，与8051接口时，8051的TXD驱动DAC8534的SCLK，RXD驱动串行数据线，SYNC信号由8051的可编程引脚提供。不同的接口方式为工程师在不同系统中使用DAC8534提供了便利。

应用考虑

电流消耗

每个活动通道在AVDD = 5V时典型消耗250uA，AVDD = 3V时典型消耗225uA，包括参考电流消耗。数字输入的逻辑电平对电流消耗有影响，建议使用CMOS逻辑电平以实现高效电源操作。掉电模式下，每个通道典型电流消耗为200nA。

负载驱动能力

DAC8534输出级能够稳定驱动高达1000pF的电容负载，在驱动2kΩ电阻负载时可实现典型1%的负载调节。但当负载电阻低于2kΩ时，负载调节误差会增加，在某些情况下可能影响线性性能。

串扰与交流性能

采用独立的电阻串架构实现超低串扰，直流串扰典型值小于0.5LSBs，交流串扰在1kHz正弦波输出时典型值低于 -100dB。在输出频率为4kHz及以下时，具有良好的交流性能，如96dB SNR和65dB THD。

电源配置

由于DAC8534所需的电源电流极低，可使用REF02 +5V精密电压参考为其供电，为电源噪声较大或系统电源电压非5V的应用提供了解决方案。

输出电压稳定性

DAC8534在指定温度范围内具有出色的温度稳定性，典型输出电压漂移为5ppm/°C，电源抑制比（PSRR）性能良好，可有效减少电源噪声对输出的影响。

双极性操作

虽然DAC8534设计用于单电源操作，但通过特定电路可实现双极性输出范围，如使用OPA703放大器可实现轨到轨操作，通过公式计算可得出不同输入代码对应的输出电压。

布局注意事项

作为精密模拟组件，DAC8534的布局需要谨慎考虑。应确保良好的旁路、清洁稳定的电源供应，避免数字噪声对输出的影响。例如，GND和AVDD应连接到独立的电源平面或走线，直到在电源入口点连接，同时建议使用电容进行旁路滤波。在使用多个DAC8534时，要注意数字信号的完整性，避免信号干扰。

总结

DAC8534以其低功耗、高精度、灵活的接口和丰富的功能，成为电子工程师在设计数模转换电路时的理想选择。无论是便携式仪器仪表、工业控制还是数据采集系统等领域，DAC8534都能发挥其优势，为产品带来更好的性能和稳定性。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、配置接口，并注意布局和电源等方面的问题，以充分发挥DAC8534的性能。你在使用DAC8534的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。