Digital-to-analog converter (DAC)

本文介绍了10位数字到模拟转换器(DAC)的关键特性,包括两个独立或同时工作的通道、外部触发转换、可配置缓冲、以及输入电压参考和输出电压计算方法。DAC的输出电压范围由输入数据线性转换确定。

Overview
The Digital-to-analog converter converts 10-bit digital data to a voltage on the external pins. The output voltage can be optionally buffered for higher drive capability. The two DACs can work independently or concurrently.
DAC main features
(1) Two DAC converters: one output channel each
(2) Conversion triggered by external triggers
(3) Dual DAC channel independent or simultaneous conversions
(4) Configurable internal buffer
(5) External triggers for conversion
(6) Input voltage reference VREFP
在这里插入图片描述
DAC block pins
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DAC Pins
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DACs output signals vs package pins
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DAC characteristics
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DAC output voltage
The analog output voltage on the DAC pin is determined by the following equation:
DACoutput = VREFP ∗ DAC_Dout/1024
The digital input is linearly converted to an analog output voltage, its range is 0 to VREFP。

<think>嗯,用户想了解电流型数模转换器(IDAC)的技术信息,包括工作原理和应用场景。这个需求很明确,属于模拟集成电路的专业领域。 用户可能是电子工程师或相关专业学生,正在设计需要精密电流源的电路。从ta直接使用专业术语"IDAC"来看,应该具备一定基础,但可能对具体实现细节不够熟悉。需要避免过于基础的讲解,但要覆盖关键参数和应用痛点。 关于工作原理部分,需要突出几个技术要点:核心的R-2R梯形网络或电流舵结构是基础,但更重要的是二进制加权电流源的匹配精度问题。实际应用中,用户最头疼的往往是温度漂移和积分非线性误差,这些要重点解释。参考工业级IDAC芯片AD5426的设计文档[^1],其电流源单元采用分段温度计编码就是为了解决这个问题。 应用场景方面,用户可能更关心如何选型。比如医疗设备里生物阻抗测量需要nA级精度,而工业4-20mA变送器更看重满量程稳定性。要提醒用户注意不同应用的关键参数差异,比如激光驱动电路关注建立时间,电池测试仪则看重积分非线性度。 突然想到用户没提但可能需要的知识点:现代IDAC常集成在SoC里,如TI的MSP430FR5994微控制器就内置16位IDAC[^2]。这种嵌入式方案和独立芯片的取舍值得补充说明。 准备在回复时结构化呈现:先讲原理框图,再拆解关键模块,最后分类应用案例。特别注意要标注参数指标的典型值范围,比如"0.1% FSR精度"这样的实用参考数据。结尾的扩展问题特意设计了从原理(温度补偿)到应用(工业现场)的递进式提问。</think>电流型数模转换器(IDAC)是一种将**数字输入信号**转换为**精确模拟输出电流**的器件,其核心工作原理是通过控制内部开关网络来导引基准电流,实现数字码到电流值的线性映射。以下是其工作原理和典型应用: --- ### **一、IDAC工作原理** 1. **核心结构** IDAC通常由**基准电流源($I_{REF}$)**、**二进制加权电流源阵列**(或R-2R梯形网络)和**数字控制开关**构成: - 每个电流源大小为 $I_{LSB} = I_{REF}/2^n$($n$为分辨率位数) - $N$位数字输入控制 $2^N$ 个开关组合,决定输出电流 $I_{OUT}$ 2. **输出电流计算** 输出电流与输入数字码($D_{in}$)呈线性关系: $$I_{OUT} = D_{in} \times \frac{I_{REF}}{2^N}$$ 例如:若 $I_{REF} = 1\text{mA}$,$N=8$,输入码 $D_{in}=128$,则 $I_{OUT} = 128 \times \frac{1\text{mA}}{256} = 0.5\text{mA}$。 3. **关键技术特性** - **分辨率**:常见8~16位(1 LSB = $I_{REF}/2^N$) - **积分非线性(INL)**:输出电流与理想直线的最大偏差(通常<±1 LSB) - **建立时间**:从数字码变化到输出电流稳定在误差带内所需时间(可低至μs级) - **输出阻抗**:高阻抗输出(典型值>1 MΩ)减少负载影响[^1] --- ### **二、核心应用场景** 1. **传感器偏置与激励** - 为电阻式传感器(如RTD、应变计)提供精密恒流源 - 示例:IDAC驱动RTD电路,通过测量电压计算温度[^2] ```plaintext RTD ──┬── IDAC_OUT │ R_ref │ GND ``` 2. **可编程增益放大器(PGA)** 通过IDAC调节反馈电阻实现增益控制: $$A_v = 1 + \frac{R_f}{R_{IDAC}} \quad (R_{IDAC} = \frac{V_{REF}}{I_{OUT}})$$ 增益由数字码直接设定。 3. **工业过程控制** - 4-20mA电流环变送器:IDAC直接驱动环路电流 - 优势:高抗噪性,长距离传输可靠(如工厂传感器网络) 4. **光学与激光驱动** - 精确控制激光二极管驱动电流(精度达0.1%) - 通过PWM调节IDAC实现光强线性控制 5. **电池测试与管理系统** - 模拟电池充放电曲线(如0.1C~2C电流档位) - 支持多级电流快速切换(建立时间<10μs) --- ### **三、设计考量要点** 1. **基准源稳定性** $I_{OUT}$精度直接依赖$I_{REF}$,需选用低温漂基准(如带隙基准源) 2. **动态误差补偿** 开关瞬态引入毛刺,需加入**去毛刺电路**(Deglitch Circuit) 3. **温度漂移** 高端IDAC集成温度传感器,提供温度补偿系数(e.g., ±5 ppm/°C) 4. **多通道同步** 多IDAC系统需同步刷新,避免通道间时序偏差(如电机相位控制) > **典型芯片示例**:TI的DAC8760(16位IDAC + 电压输出),支持4-20mA输出,INL<±2 LSB[^3];ADI的AD5421集成故障检测功能,适用于安全关键系统。 --- **
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