详解DAC900：高性能数模转换器的理想之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）的性能直接影响到整个系统的表现。今天，我们就来深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的DAC900，这是一款在高性能转换器中表现卓越的产品。

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产品概述

DAC900是SpeedPlus系列中的一款高速10位数模转换器，具备出色的动态性能和广泛的应用适应性。它与同系列的DAC908、DAC902和DAC904引脚兼容，分别提供8位、12位和14位的分辨率选择。该系列所有型号支持超过165MSPS的更新速率，能满足各种应用的需求。

产品特性剖析

供电与低功耗优势

DAC900可在+2.7V至+5.5V的单电源范围内工作，具有低功耗特性。在+5V供电时，功耗仅为170mW；进入掉电模式后，待机功耗更是低至45mW，这使得它非常适合便携式和电池供电系统。

高SFDR与低毛刺性能

高无杂散动态范围（SFDR）是其一大亮点。在100MSPS下输出5MHz信号时，SFDR可达68dBc。同时，它的毛刺能量极低，仅为3pV - s，能有效减少信号干扰，提升输出信号的纯净度。

灵活的参考配置

DAC900内置1.24V带隙基准，也支持外部基准输入。通过调整外部电阻$R_{SET}$，可以灵活调节满量程输出电流，范围从2mA到20mA，这种灵活性为不同应用场景提供了更多的选择。

多种输出配置

它提供两个互补的电流输出$I{OUT}$和$I{\overline{OUT}}$，具有高输出阻抗（大于200kΩ）。输出可采用差分或单端配置，差分配置能有效减少偶次谐波和共模信号，提高动态性能。

电气特性一览

分辨率与更新速率

DAC900具有10位分辨率，在2.7V - 3.3V供电时，输出更新速率可达125 - 165MSPS；在4.5V - 5.5V供电时，更新速率能进一步提高到165 - 200MSPS。

静态与动态性能

静态精度方面，差分非线性（DNL）在$fc{LOCK}$ = 25MSPS、$f{OUT}$ = 1.0MHz时为±0.3LSB，积分非线性（INL）为±0.5LSB。动态性能上，SFDR在不同输出频率和时钟速率下表现出色，例如在$f{OUT}$ = 5.04MHz、$fc{LOCK}$ = 100MSPS时，SFDR为68dBc。

引脚与典型连接

引脚功能

DAC900的引脚功能丰富且明确。数据输入引脚（D0 - D9）采用标准正二进制编码，时钟引脚（CLK）控制数据更新，PD引脚可控制掉电模式，INT/EXT引脚用于选择内部或外部基准等。

典型连接电路

典型连接电路展示了如何将DAC900与外部电路连接。在实际应用中，需要注意电源的去耦和接地，以确保信号的稳定性。例如，模拟电源$(+V{A})$和数字电源$(+V{D})$应分别通过去耦电容连接到模拟地（AGND）和数字地（DGND），且去耦电容应尽量靠近芯片引脚。

应用信息深度解析

工作原理

DAC900采用电流切换技术，核心是分段电流源阵列。内部解码器根据输入数据控制差分电流开关，将电流导向输出求和节点$I{OUT}$或$I{\overline{OUT}}$，形成相应的输出电流。这种分段架构显著降低了毛刺能量，提高了动态性能和DNL。

转换函数

总输出电流$I{OUTFS}$是两个互补输出电流之和：$I{OUTFS}=I{OUT}+I{\overline{OUT}}$。单个输出电流取决于DAC代码，可表示为$I{OUT}=I{OUTFS} \cdot(Code / 1024)$和$I{\overline{OUT}}=I{OUTFS} \cdot(1023 - Code / 1024)$。同时，$I{OUTFS}$与参考电流$I{REF}$相关，$I{OUTFS}=32 \cdot I{REF}=32 \cdot V{REF} / R{SET}$。

模拟输出配置

• 差分变压器配置：使用射频变压器将差分输出转换为单端输出，能有效减少共模信号，提高动态性能。变压器的中心抽头连接方式会影响输出信号的电压偏移，需要根据实际需求进行选择。
• 差分运放配置：适用于直流耦合输出。通过四个外部电阻将电压反馈运放OPA680配置为差分放大器，实现差分转单端转换。为了提高交流性能，可以在输出端添加小电容$C_{DIFF}$。
• 双跨阻输出配置：将DAC输出电流连接到OPA2680的求和节点，可实现最佳的直流线性度。但在高更新速率下，放大器可能会进入压摆率限制，产生失真。
• 单端配置：将单个负载电阻连接到DAC输出，可实现简单的电流 - 电压转换。但要注意输出电流和负载电阻的选择，避免超出输出合规范围。

基准操作

• 内部基准操作：接地INT/EXT引脚可启用内部基准。通过调整外部电阻$R{SET}$，可以控制满量程输出电流。建议在$REF{IN}$引脚添加0.1µF或更大的陶瓷贴片电容进行旁路，同时在BW引脚和模拟电源之间添加电容$C_{COMPEXT}$以改善交流性能。
• 外部基准操作：将逻辑高电平$(+V{A})$施加到INT/EXT引脚可禁用内部基准。外部基准输入$REF{IN}$具有高输入阻抗（1MΩ），电压范围应在0.1V至1.25V之间。

数字输入与掉电模式

数字输入采用标准正二进制编码，时钟上升沿将数据锁存到主 - 从锁存器，下降沿更新DAC输出。最佳性能需要50%的时钟占空比，但只要满足时序规格，占空比可以变化。PD引脚为高电平时，DAC900进入掉电模式，可降低功耗。

接地、去耦与布局

在设计中，正确的接地和去耦至关重要。建议使用多层PCB板，将模拟和数字电源、地平面分开，并在一点连接。去耦电容应靠近芯片引脚，以减少寄生电感。同时，要注意模拟信号走线与数字线路的分离，防止噪声耦合。

封装与订购信息

DAC900提供SO - 28和TSSOP - 28两种封装形式，适用于不同的应用需求。订购时，可根据具体数量和包装要求选择相应的型号。

DAC900凭借其出色的性能、灵活的配置和广泛的应用范围，成为电子工程师在数模转换设计中的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择输出配置、基准操作方式，并注意接地、去耦和布局设计，以充分发挥DAC900的性能优势。大家在使用DAC900的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享。