18位数／模转换芯片DAC9881的原理与应用

1、18 位数模转换芯片 DAC9881 的原理与应用数模转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件，简 称 D A 转换器或 DAC(Digital to Analog Con-vetter) 。是数字 控制系统中的关键器件，用于微处理器输出的数字信号与电 压或电流等模拟信号的转换，并送入执行机构进行控制或调 节。 1 芯片的主要性能特点T1 公司的 DAC9881 是目前最高精确度的 D A 转换芯 片。串行输入、 电压输出、 单电源供电。 它采用成熟的 HPA07 COMS加工技术，分辨率达到 18 b，采用标准的SPI(Serial PeripheralInterface) 串行数据输入方式，

2、输入数据时钟频率可 达50 MHz，最低有效位稳定至 1 LSB，时间仅为5卩s,满 足DSP，MCU，FPGA等系统的快速性要求。输出电压信号 的最大值取决于外部参考电压 +VREF ,它的范围为2. 7 5. 5 V;单通道输出；持续工作时典型功耗为4 mw ;最大积分非线性为 2 LSB(INL) ；最大微分非线性为 1LSB(DNL);具有超宽的工作温度范围：-40+125 C。该DAC 芯片的特点是具有线性性质优良，噪音低和输出转换特性快 速;该芯片通过采用复杂的低噪音缓冲器，使噪音比采用外 接元器件构成同等精度的 DAC 转换器减少 75，其噪音比 为 24 nV H z 。配置可

3、编程挂起 (低电压模式 )和运行功能， 可以使系统在不需要进行 DA 转换时将 DAC 芯片挂起， 此时输出近似为 0. 000 0 V，功耗降到125卩W，直到接收 到写命令操作为止。这样既可显著地降低系统的功耗，同时 还能够保证在接到写命令操作后正常写人数据，无需外加电 源控制电路，简化设计步骤。 2 芯片工作原理DAC9881 的数据输入方式为串行输入，即工作节拍 SCLK 是和串行二进制数码定时同步的，输入端不需要缓冲 器，串行二进制数码在时钟同步下控制D A 转换器逐位工作。因此，转换 1 个 24 位输入数码需要 24 个工作节拍周期， 即需要 24 个时钟周期。串行数据输入后，经

4、过逻辑网络， 将串行数据转换为并行数据， 进入并行 T 型电阻网络 （分段式 R 一 2R网络），通过保证电阻R的阻值一致性，用微调技术 实现对积分线形度及微分线形度进行微调，以实现最优化的 积分线性度性能，然后经运算放大器后输出电压信号。内部 结构图如图 1 所示。 3 引脚及引脚功能3. 1 DAC9881 引脚DAC9881 引脚如图 2 所示。 3. 2 主要引脚功能介绍 主要引脚功能介绍如表 1 所示。 4 芯片的电气特性4. 1 输出电压对于高精度 DAC ，系统接地和导线电阻的问题变得尤为 重要。如该 DAC 芯片为 1 8位转换器，当系统的满量程输出 为5 V时，1个LSB的值

5、仅为19卩V。输出电压范围： 式中： VREFH 为参考电压上限； VREFL 为参考电压下限；CODE为输出数据位，范围0262 143; G为增益，由GAIN 引脚设定。4 2 数据输入移位寄存器当 LDAC 输入为低电平，片选信号 CS 为低电平时，每 一位输入数据在串行时钟 SCLK 的上升沿时写入 SPI 串口移 位寄存器，如图 3 所示。 43 数据传输格式每个写周期中， 向 SPI 串口移位寄存器写入 24 位二进制 数据，其中 D17(MSB)D0(LSB)为有效数据位， D23-D18 为无效数据位，状态任意。其数据格式如表 2 所示。 5 典型 应用在控制领域中，如雷达伺服系统、电力电子器件的控制 端给定等大多采用的是单极性给定，给定精度的高低直接影 响着系统的性能指标。考虑到转换速度越高越好，系统前端 可以采用 MCU ， DSP， FPGA 等高速器件作为核心控制单元。 单极性输出的典型电路如图 4所示。若要设计任意产生电 路，只需将上图 4 中的反馈环节去除， 当要求双极性输出时， 电路的设计结构如图 5 所示。例如，式(1)中当 RA=2RB=2CC 时， VO=4VOUT-2VREF ， 这样就可以构成输出为 -2VREF+2VREF 的双极性电压信 号。 6 结 语DAC9881 是一款高性能的