DAC8560：集成2.5V、2ppm/°C内部参考电压的16位超低毛刺脉冲电压输出DAC

DAC8560：集成2.5V、2ppm/°C内部参考电压的16位超低毛刺脉冲电压输出DAC

关键特性

• 相对精度：4 LSB
• 毛刺脉冲能量：0.15nV·s
• 微功耗运行：510μA/2.7V
• 内置参考电压：
  • 2.5V参考电压（默认启用）
  • 0.02%初始精度
  • 2ppm/°C典型温度漂移
  • 5ppm/°C最大温度漂移
  • 20mA灌电流/拉电流能力
• 上电复位至零
• 电源电压范围：2.7V至5.5V
• 全温度范围内16位单调性
• 建立时间：10μs内达到±0.003% FSR
• 低功耗串口，支持施密特触发输入
• 集成轨至轨输出缓冲放大器
• 支持掉电模式
• 与DAC8531/01和DAC8550/51引脚兼容
• 工作温度范围：-40°C至+105°C
• 采用8引脚VSSOP封装

典型应用

• 过程控制
• 数据采集系统
• 闭环伺服控制
• PC外设
• 便携式测量设备

产品概述

DAC8560是一款低功耗、电压输出型16位数模转换器（DAC），内置2.5V、2ppm/°C的高精度参考电压源。该参考电压默认启用，输出范围为0V至2.5V，初始精度为0.02%，且具备20mA的拉电流能力。DAC8560在保持高线性度的同时，显著降低了码字切换时的瞬态毛刺脉冲。

该器件支持高达30MHz的串行接口时钟频率，兼容标准SPI、QSPI、Microwire以及DSP接口。其内置上电复位（POR）电路，确保在上电时输出为零，直到接收到有效代码。此外，DAC8560支持通过串口控制的掉电模式，在5V供电下功耗可降至1.2μA。

凭借其低功耗、集成参考电压和紧凑封装，DAC8560特别适用于便携式和电池供电设备。在5V供电下，其正常工作功耗为2.6mW，掉电模式下功耗仅为6μW。该器件采用8引脚VSSOP封装。

功能框图

功能描述

1. 数模转换器（DAC）

DAC8560的架构由一个串行DAC和一个输出缓冲放大器组成。其输入编码为直接二进制格式，理想输出电压由以下公式计算：

其中，DIN为加载到DAC寄存器的二进制码的十进制等效值，范围为0至65535。

2. 电阻串

电阻串结构如图2所示，由多个等值电阻组成。加载到DAC寄存器的代码决定了在电阻串上的分压节点，并通过开关将该电压馈入输出放大器。由于采用电阻串结构，该DAC具有单调性。

3. 输出放大器

输出缓冲放大器支持轨至轨输出，电压范围为0V至VDD，可驱动2kΩ负载并并联1000pF电容。在VDD为5V时，其转换速率为1.8V/μs，满量程稳定时间为8μs。

输出放大器的反相输入可通过VFB引脚访问，允许在负载端直接连接放大器输出，从而提升关键应用中的精度。此外，也可在VFB与输出之间添加信号调理电路。

4. 内部参考电压

DAC8560内置2.5V参考电压源，默认启用。该参考电压可通过VREF引脚外部接入。为优化噪声性能，建议在VREF与地之间连接至少100nF的电容。

该参考电压基于双极性晶体管的带隙结构，其基本拓扑如图3所示。通过调节晶体管Q1和Q2的电流密度差，实现正温度系数的电压补偿，从而获得温度稳定的输出。

4.1 启用/禁用内部参考

内部参考默认启用，但可通过串行接口禁用。禁用操作需在24位写入序列后附加至少两个SCLK周期，且在更新过程中SYNC必须保持低电平。

在内部参考禁用期间，DAC将使用外部参考电压工作，此时内部参考处于三态模式。应避免同时驱动VREF引脚。

4.2 内部参考负载

内部参考无需外部负载电容即可稳定工作，但为改善噪声性能，建议在VREF端连接150nF或更大电容。图4展示了典型连接方式，同时建议在VDD端添加旁路电容。

4.3 供电电压

内部参考具有极低的压降，在无负载时仅需比输出电压高5mV即可工作。在负载条件下，需参考“负载调节”部分。

4.4 温度漂移

内部参考的温度漂移采用箱法计算，公式如下：

在-40°C至+120°C范围内，典型漂移系数为2ppm/°C，最大为5ppm/°C。

4.5 噪声性能

图5和图6分别展示了内部参考在无滤波和使用4μF负载电容后的噪声频谱。为优化噪声性能，可采用额外滤波措施，但需注意避免影响交流响应。

4.6 负载调节

负载调节率描述了负载电流变化对参考电压的影响。图7展示了使用力感分离引脚测量的负载调节性能，适用于对负载调节要求较高的应用。

4.7 长期稳定性

长期稳定性描述了参考电压在数月或数年内的变化。图8显示了20个单元在1900小时内的典型漂移为50ppm。

4.8 热滞

热滞定义为在25°C下，设备经历温度循环后输出电压的变化。其计算公式如下：

电源建议

DAC8560可在2.7V至5.5V范围内工作，建议使用低噪声、良好调节的电源。为抑制高频噪声，建议在VDD端连接1μF至10μF电容和0.1μF旁路电容。

布局建议

为确保DAC8560的高精度性能，需采用良好的PCB布局策略。由于其仅有一个接地引脚，所有数字和模拟回流电流均需通过单点接地。建议将GND连接至模拟地平面，并与数字地分离，直到电源接入点。

为减少数字噪声对模拟输出的影响，建议将VDD连接至独立的电源层，并在必要时使用π型滤波器或大容量电解电容进行低通滤波。