深度剖析AD7837/AD7847：双路12位MDAC的卓越性能与应用

一、引言

在电子工程师的设计工作中，数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色。今天，我们将深入探讨Analog Devices公司的AD7837/AD7847，这是一款集成了输出放大器的双路12位乘法数模转换器，在多个领域都有出色的表现。

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二、产品特性

2.1 核心特性

• 双路12位MDAC：芯片集成了两个12位的乘法数模转换器（MDAC），并带有输出放大器，无需外部用户调整即可实现完整的指定性能。
• 4象限乘法功能：支持4象限乘法，能够满足更复杂的信号处理需求。
• 小巧封装：采用节省空间的0.3英寸24引脚DIP和24引脚SOIC封装，适合对空间要求较高的设计。

2.2 不同型号结构差异

• AD7847：采用并行加载结构，可接受12位并行数据，并使用2kΩ负载将数据加载到相应的DAC锁存器中。
• AD7837：为(8 + 4)加载结构，适合与8位数据总线的微处理器接口。

三、应用领域

AD7837/AD7847的应用十分广泛，包括但不限于以下几个方面：

• 自动测试设备：高精度的转换和快速的响应时间，能够满足自动测试设备对信号生成和采集的要求。
• 函数生成与波形重建：可用于生成各种复杂的函数波形，实现信号的精确重建。
• 可编程电源：通过数字控制实现电源输出的精确调节。
• 同步器应用：在同步系统中提供稳定的模拟信号。

四、技术规格

4.1 电气参数

• 电源要求：(V{DD}=+15V pm 5%)，(V{SS}=-15V pm 5%)，在某些情况下也可工作于(pm12V)。
• 参考输入：(V{REF})输入电阻典型值为10kΩ，(V{REFA})和(V_{REFB})的匹配误差最大为±2%。
• 数字输入：输入高电压(V{INH})最小为2.4V，输入低电压(V{INL})最大为0.8V。

4.2 静态性能

• 分辨率：12位，相对精度在不同版本中有不同规格，如A版本为±1LSB 。
• 微分非线性：最大为±1LSB，保证了单调性。
• 零码偏移误差：在+25°C时，最大为±2mV。

4.3 动态性能

• 电压输出建立时间：典型值为3µs，最大值为5µs。
• 压摆率：典型值为11V/µs。
• 总谐波失真：在(V_{REF}=6V rms)，1kHz时，典型值为 - 88dB。

五、引脚功能与配置

5.1 AD7837引脚

引脚	助记符	描述
1	CS	芯片选择，低电平有效
2	RFBA	DAC A的放大器反馈电阻
3	VREFA	DAC A的参考输入电压
4	VOUTA	DAC A的模拟输出电压
5	AGNDA	DAC A的模拟地

5.2 AD7847引脚

引脚	助记符	描述
1	CSA	DAC A的芯片选择输入，低电平有效
2	CSB	DAC B的芯片选择输入，低电平有效
3	VREFA	DAC A的参考输入电压
4	VOUTA	DAC A的模拟输出电压
5	AGNDA	DAC A的模拟地

六、电路设计

6.1 D/A转换部分

采用分段方案，12位数据字的2个最高有效位（MSBs）被解码以驱动三个开关A - C，其余10位驱动标准R - 2R梯形配置中的开关（S0 - S9）。输出放大器和反馈电阻完成电流到电压的转换，输出电压公式为(V{OUT }=-D × V{REF})，其中D是数字字的分数表示。

6.2 接口逻辑

• AD7847：可视为两个独立的DAC，每个都有自己的(overline{CS})输入和一个公共的WR输入。数据在(overline{WR})的上升沿锁存到相应的锁存器中。
• AD7837：输入加载结构适合与8位数据总线的微处理器接口，包含输入锁存器和DAC锁存器。LDAC输入控制12位数据从输入锁存器到DAC锁存器的传输。

6.3 工作模式

• 单极性二进制操作：当(V_{IN})为交流信号时，电路执行2象限乘法。
• 双极性操作（4象限乘法）：采用偏移二进制编码，在(V_{IN})为交流信号时，可执行4象限乘法。

七、应用电路

7.1 可编程增益放大器（PGA）

AD7837可作为可编程增益放大器，DAC在放大器反馈环路中充当可编程电阻。通过控制DAC代码，可以调节放大器的增益。系统总增益为各个增益级的乘积，有效增益与DAC代码成反比。

7.2 模拟平移电路

在音频应用中，可将单个信号源数字“平移”或分割成两通道信号，同时保持总功率恒定。通过将信号输入到两个DAC的(V_{REF})输入，并使用互补的数字代码，可以实现信号在两个通道之间的平移。

八、设计注意事项

8.1 接地管理

模拟地（AGNDA/AGNDB）和数字地（DGND）之间的交流或瞬态电压会导致噪声注入到模拟输出中。建议在电路板上将AGND和DGND连接在一起，在复杂系统中可使用两个反向并联的二极管连接。

8.2 电源去耦

为了最小化噪声，建议使用10µF和0.1µF的陶瓷电容将(V{DD})和(V{SS})线去耦到DGND。

8.3 降低电源电压操作

AD7837/AD7847可在(pm10V)电源电压下工作，但输出放大器需要约3V的裕量，因此(V_{REF})输入应避免接近电源电压。

九、微处理器接口

9.1 AD7847接口

可与8086、MC68000和TMS320C10等16位微处理器系统接口，通过单个指令将12位字加载到选定的DAC锁存器中。

9.2 AD7837接口

适合与8位数据总线的微处理器接口，需要五个独立的内存地址，数据分两次写入输入锁存器，通过写入LDAC地址将数据从输入锁存器传输到DAC锁存器。

十、总结

AD7837/AD7847以其高性能、多功能和良好的兼容性，为电子工程师在数模转换设计方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号和配置，同时注意接地、电源去耦等设计细节，以充分发挥其性能优势。你在使用类似DAC芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。