SGM71612R8x系列：8通道16位SPI接口电压输出DAC的深度剖析

在电子工程师的日常工作中，数模转换器（DAC）是一个至关重要的组件，它在许多应用场景中都发挥着关键作用。今天，我们就来深入了解一下圣邦微电子（SGMICRO）推出的SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列8通道、16位、SPI接口、带10ppm/℃片上参考的电压输出DAC。

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一、产品概述

SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列是16位、8通道的电压输出数模转换器。该系列芯片在设计上保证了单调性，并且具有多种实用的功能和特性，适用于过程控制、数据采集系统以及实验室仪器等多种应用场景。

二、关键特性

2.1 电源与参考电压

• 电源范围：电源电压范围为2.7V至5.5V，能适应不同的电源环境，为设计提供了更大的灵活性。
• 片上参考：不同型号配备不同的片上参考电压，SGM71612R81Z具有1.25V、10ppm/℃的片上参考，满量程输出范围为2.5V；SGM71612R82Z/SGM71612R82M/SGM71612R83M则具有2.5V、10ppm/℃的片上参考，满量程输出范围为5V。

2.2 功耗与复位特性

• 低功耗：在5V电源下，功耗可低至500nA（典型值）；在3V电源下，功耗可低至300nA（典型值），满足低功耗设计的需求。
• 上电复位：SGM71612R81Z和SGM71612R82Z上电时输出0V，SGM71612R82M和SGM71612R83M上电时输出中量程，方便系统初始化。

2.3 控制功能

• nLDAC引脚：允许DAC同时更新输出，可实现同步操作，提高系统的响应速度。
• nCLR引脚：可将DAC更新到可配置状态，如零码、中量程或满量程，增加了系统的灵活性。

2.4 接口与封装

• SPI接口：采用3线SPI兼容接口，操作数据速率高达50MHz，能快速传输数据。
• 多种封装：提供Green TSSOP - 16、TQFN - 4×4 - 16BL和FOCSP - 2.6×2.6 - 16B等多种封装形式，方便不同的应用需求。

三、电气特性

3.1 静态性能

• 分辨率：达到16位，能提供较高的精度。
• 线性度：相对精度（INL）典型值为1.8LSB，最大为6LSB；差分非线性（DNL）设计上保证单调，最大为1LSB。
• 误差指标：零码误差、零码误差漂移、满量程误差等指标都在合理范围内，保证了输出的准确性。

3.2 输出特性

• 输出电压范围：输出电压范围为0至VCC，能满足不同的电压需求。
• 负载稳定性：在不同负载条件下，电容负载稳定性良好，DC输出阻抗低。
• 短路电流：短路电流在规定范围内，保护芯片免受损坏。

3.3 参考特性

• 参考电流：参考电流在不同条件下有明确的范围，保证参考电压的稳定性。
• 参考温度系数：参考温度系数为10至25ppm/℃，受温度影响较小。

四、功能详解

4.1 DAC部分

该系列采用CMOS工艺，采用串型架构和可编程增益放大器输出缓冲器。输出代码为直二进制，理想输出电压由公式 (V{OUT }=V{REFIN } timesleft(frac{D}{2^{N}}right) times Gain) 计算得出，其中D为0至65,535的十进制值，N = 16，Gain根据参考类型而定。

4.2 内部参考

不同型号的内部参考默认状态不同，可通过设置控制寄存器来启用或禁用内部参考。使用内部参考时，所有通道必须同时断电，不支持单个通道断电。

4.3 输出放大器

输出缓冲放大器具有轨到轨输出能力，能提供较大的输出范围。

4.4 串行接口

采用3线SPI兼容接口，操作时序有明确的要求。在进行写操作时，nSYNC必须在新写序列前至少拉高15ns，写帧之间的间隔应大于1.8μs，以确保输出更新。

4.5 输入移位寄存器

输入移位寄存器为32位数据，不同位有不同的功能，包括命令位、地址位和数据位等。

4.6 内部参考寄存器

可通过特定命令设置内部参考寄存器，控制内部参考的开启和关闭。

4.7 上电复位

不同型号的上电复位输出不同，同时还支持软件复位，复位期间nLDAC和nCLR操作无效。

4.8 掉电模式

该系列具有3种掉电模式，可通过设置相应的位来选择。掉电期间，DAC寄存器的内容会保留。

4.9 清码寄存器

可通过硬件引脚nCLR异步清除输出，将DAC寄存器重置为用户配置的数据。

4.10 nLDAC功能

可通过硬件nLDAC引脚或软件方式控制DAC输出的更新。

4.11 3线SPI读取功能

支持3线SPI读取功能，需设置读取控制寄存器的控制位来启用或禁用该功能。

五、封装与订购信息

该系列提供多种封装形式，每种封装都有对应的订购编号、温度范围和包装选项。同时，文档还提供了详细的封装外形尺寸和推荐焊盘尺寸，方便工程师进行PCB设计。

六、总结

SGM71612R81/SGM71612R82/SGM71612R83系列DAC具有高分辨率、低功耗、多种控制功能和丰富的封装形式等优点，适用于多种应用场景。作为电子工程师，在设计相关系统时，可以根据具体需求选择合适的型号和封装，充分发挥该系列DAC的性能优势。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。