DAC7558：一款12位八通道低功耗电压输出数模转换器

DAC7558：一款12位八通道低功耗电压输出数模转换器

核心特性

• 支持2.7V至5.5V宽电压单电源供电
• 12位高精度线性度和单调性
• 支持轨到轨电压输出
• 5微秒的最坏情况稳定时间
• 毛刺能量低至0.1nV·s
• 信道间串扰抑制比优于-100dB
• 最大工作电流1.8mA
• 单通道关断模式下电流消耗仅2μA
• 支持上电复位至零刻度或中点刻度
• 兼容最高50MHz频率的SPI串行接口
• 支持同步与顺序更新模式
• 异步清零功能
• 支持二进制与二进制补码输入格式
• 支持级联操作
• 1.8V至5.5V逻辑电平兼容
• 工作温度范围：-40°C至105°C
• 采用5mm × 5mm 32引脚QFN封装

典型应用场景

• 便携式电池供电测量设备
• 数字增益与偏移调节系统
• 可编程电压/电流源
• 可编程信号衰减器
• 工业自动化控制系统

产品概述

DAC7558是一款集成了八通道电压输出功能的12位数模转换器（DAC），具有出色的线性度和单调性。其专有架构设计有效降低了非预期瞬态行为，如代码转换毛刺和通道间串扰。

该器件可在2.7V至5.5V的电压范围内运行。其内置输出缓冲器可在5微秒内稳定驱动2kΩ、200pF的满量程负载，输出电压范围由外部参考电压设定。

DAC7558配备了三线式串行接口，最高时钟频率可达50MHz，兼容SPI、QSPI、Microwire™和DSP接口标准。所有通道支持同步或顺序更新操作，并内置上电复位电路，确保器件在初始化时输出为零伏，直至接收到有效写入命令。

在关断模式下，DAC7558的总电流可降至2μA以下，非常适合低功耗便携设备。在5V供电下典型功耗为7.5mW，3V供电下为3.7mW，而在掉电模式下可进一步降低到1μW。

器件采用32引脚QFN封装，适用于-40°C至105°C的工业级温度范围。

功能框图

图1. 串行写入操作流程

工作原理

数模转换（DAC）结构

DAC7558的架构由一个电阻串DAC和一个输出缓冲放大器组成，如图2所示。

图2. 典型DAC架构示意图

DAC7558的输入编码为无符号二进制，其输出电压计算公式为：

其中，D为加载到DAC寄存器的12位二进制码的十进制等效值，范围为0至4095。

电阻串设计

DAC7558使用了八个独立的电阻串结构。每个VREFx引脚为两路DAC通道提供外部参考电压。每个电阻串总接地电阻为100kΩ，其中包含一个50kΩ分压电阻。由于每个VREFx引脚连接两个电阻串，其总等效输入阻抗约为50kΩ。

通过将电阻串与增益为2的放大器配对使用，DAC7558实现了良好的单调性与通道隔离性，从而有效降低通道间串扰。

图3. 电阻串结构示意图

输出缓冲放大器

输出缓冲器能够提供轨到轨输出电压，范围从0V到Vpp。其负载能力为2kΩ，并可并联最大1000pF的接地电容。放大器的源电流与灌电流能力可通过典型性能曲线查阅。

在无负载条件下，输出放大器的转换速率为1V/μs，半满度稳定时间约为3μs。

参考电压输入

DAC7558提供了四个独立的参考电压输入引脚（VREF1至VREF4），分别对应八通道中的两组通道对。例如，VREF1为DAC A和B供电，VREF2为C和D供电，依此类推。

为提升系统精度，建议使用具有低噪声和高稳定性的参考电压源，如REF3140。每个参考输入引脚的典型输入阻抗约为50kΩ。

放大器反馈输入

DAC7558配备了八个反馈输入引脚（VFBA至VFBH），在电压输出模式下，这些引脚应分别与相应通道的输出引脚（VOUTA至VOUTH）外部连接，以提高系统直流精度。

内部配置了一个增益为2的同相放大器，由两个100kΩ电阻构成，其中一条支路连接至反馈引脚，另一条连接至地。由于电阻串采用二分频结构，最终的系统增益为1。

上电复位机制

在上电期间，所有DAC寄存器被清零，所有通道输出为零刻度电压，直到接收到有效的写入操作。

RSTSEL引脚决定了上电后DAC输出的初始状态：若RSTSEL为低，输出为零刻度；若为高，输出为中点刻度。为避免ESD保护结构误触发，建议在其他引脚被激活前先稳定施加VDD。

掉电控制

DAC7558支持灵活的掉电机制，包括单通道和多通道模式。在关断状态下，输出可设置为高阻态。通过设置PD引脚的电压电平，可实现对所有通道或单个通道的独立关断。

当PD引脚为低时，所有通道同步进入掉电状态，输出变为高阻状态。当PD引脚为高时，系统恢复至掉电前的状态。

异步清零

当RST引脚拉低时，所有DAC通道的输出立即被设置为零刻度或中点刻度，具体取决于RSTSEL的状态。随后，在SYNC引脚的第一个上升沿，所有通道将同步更新。

输入数据格式

DAC7558支持两种输入数据格式：无符号二进制（USB）和二进制补码（BTC）。通过RSTSEL引脚选择输入模式：当RSTSEL为低时，系统采用USB格式；为高时，系统采用BTC格式。

串行接口

DAC7558的三线式串行接口支持高达50MHz的时钟速率，并兼容多种数字接口标准。通过将DCEN引脚设为高，可启用级联模式。

在级联模式下，所有设备共享同一个SCLK和SYNC信号，并通过SDO引脚级联。系统支持单通道、双通道（DAC7552）和八通道（DAC7558）设备之间的混合级联。

在菊花链模式中，每个设备需要24位数据周期。在24n个时钟周期后，SYNC上升沿触发所有通道的同步更新。

IOVDD与电平转换

DAC7558支持1.8V至5.5V的逻辑电平输入。IOVDD引脚连接至系统逻辑供电，数字输入输出引脚具备电平转换电路，确保在不同电压域间的数据正确转换。

积分与微分线性误差

DAC7558采用高精度薄膜电阻，确保优秀的线性性能。其积分非线性（INL）误差为±0.35 LSB，微分非线性（DNL）误差为±0.08 LSB。

毛刺能量

通过专有架构设计，DAC7558的毛刺能量降低至0.1nV·s以下。相比于同类产品，其毛刺性能提升了10倍以上。

通道间串扰

DAC7558的架构设计显著降低了通道间串扰。直流串扰低于微伏级，交流串扰抑制比优于-100dB，性能优于多数竞争产品。