AD7839：八通道13位并行输入电压输出DAC的技术解析

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重要桥梁。今天，我们要深入探讨的是Analog Devices公司的AD7839，一款八通道13位并行输入电压输出DAC，它在自动测试设备、过程控制和通用仪器仪表等领域有着广泛的应用。

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一、AD7839概述

AD7839将八个13位DAC集成在一个单芯片上，参考电压为±5V时，输出电压的满量程范围可达±10V。它采用44引脚的MQFP封装，具有电压输出、每个DAC对的偏移调整、最大5V的参考范围、最大10V的输出电压范围以及清除功能等特点。

二、技术特性分析

1. 功能框图与引脚配置

从功能框图来看，AD7839包含多个DAC寄存器和输入寄存器，每个通道都有独立的DAC。引脚配置方面，有不同的参考输入引脚（如VREF(+)AB、VREF(–)AB等）、DAC输出引脚（VOUTA - VOUTH）、地址输入引脚（A0 - A2）、控制引脚（WR、CS、LDAC等）以及接地引脚（GND、DUTGND等）。这些引脚的合理配置和使用，是实现AD7839正常工作的基础。

2. 性能参数

• 精度相关参数：分辨率为13位，相对精度、差分非线性、零刻度误差、满刻度误差、增益误差等参数都有明确的指标。例如，差分非线性最大为±0.9 LSB，保证了在温度范围内的单调性。
• 参考输入参数：直流输入阻抗典型值为100 MΩ，输入电流最大为1 μA，参考电压范围有明确的规定，如VREF(+)范围为0/+5V，VREF(–)范围为 - 5/0V。
• 输出特性参数：输出电压摆幅为±10V，短路电流最大为15 mA，电阻负载最小为5 kΩ，电容负载最大为50 pF，直流输出阻抗最大为0.5 Ω。
• 交流性能参数：输出电压建立时间典型值为30 μs，数字到模拟的毛刺脉冲为230 nV - s等。

3. 时序规格

AD7839的时序规格对于正确操作至关重要。例如，地址到WR的建立时间t1最小为15 ns，CS脉冲宽度低电平t3最小为50 ns等。这些时序参数确保了数据的正确传输和处理。

4. 绝对最大额定值

了解AD7839的绝对最大额定值可以避免因电压、温度等因素超出范围而损坏器件。例如，VCC到GND的电压范围为 - 0.3V到 + 7V或VDD + 0.3V（取较低值），工作温度范围（A版本）为 - 40°C到 + 85°C等。

三、工作原理与数据加载

1. DAC架构

每个通道由一个13位的R - 2R电压模式DAC组成，全量程输出电压范围等于VREF(+) - VREF(–)的两倍。DAC编码为直二进制，全0产生2VREF(–)的输出，全1产生2VREF(+) - 1 LSB的输出。

2. 数据加载

数据以13位并行字的形式加载到AD7839中。通过地址线A0 - A2的逻辑电平来确定写入的输入寄存器，从而选择相应的DAC通道。例如，A2A1A0为000时，选择INPUT REG A（DAC A）。

3. 清除功能

当CLR线为低电平时，所有信号输出（VOUTA - VOUTH）切换到DUTGND引脚的电压电平。当CLR信号恢复高电平时，DAC输出将反映DAC寄存器中存储的数据。

四、应用电路设计

1. 单极性配置

在单极性配置中，VREF(+)输入由AD586等+5V参考源驱动，VREF(–)接地。可以通过调整VREF(–)电压来调整偏移，调整电阻R1来调整增益。对于一些不需要偏移和增益调整的电路，可以省略R1。

2. 双极性配置

双极性配置中，AD588提供精度为±5V的跟踪输出，分别连接到AD7839的VREF(+)和VREF(–)输入。通过调整AD588的增益和平衡来进行满量程和双极性零调整。当不需要这些调整时，可以省略R2和R3。

3. 输出级的受控上电

AD7839的输出级设计确保了上电时的输出稳定性。根据CLR信号的高低，输出级在不同的电源电压条件下有不同的配置。例如，CLR为低电平时，上电初期VOUT通过G5和14 kΩ电阻保持在DUTGND附近，直到电源电压达到一定值后，输出放大器进入正常工作状态。

五、应用场景与注意事项

1. 应用场景

• 自动测试设备（ATE）：AD7839可用于为引脚驱动器和窗口比较器提供必要的电压。例如，在ATE引脚电子配置中，通过AD588提供参考电压，实现对引脚驱动器和窗口比较器的精确控制。
• 可编程参考生成：在ATE应用中，可使用AD7804、AD8803等DAC为AD7839的参考输入提供可编程参考电压，以调整DAC的偏移和增益误差。

2. 注意事项

• 电源旁路和接地：在设计电路时，要注意电源和接地的布局。将模拟和数字部分分开，使用独立的接地平面，并在AD7839的电源引脚附近提供充足的旁路电容，以减少噪声和干扰。
• 电源顺序：推荐的上电顺序是先加VDD / VSS，再加VCC。如果VCC可能在上电时超过VDD，需要使用二极管保护方案。参考输入和数字输入应最后上电，必要时使用限流电阻。

总之，AD7839是一款功能强大的DAC芯片，在实际应用中，电子工程师需要根据具体需求合理设计电路，充分发挥其性能优势。你在使用AD7839的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。