12 位 DAC63204W 和 10 位 DAC53204W （DACx3204W） 是引腳兼容的四通道、緩沖、電壓輸出和電流輸出智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 系列。這些器件支持高阻斷掉電模式和斷電條件下的高阻輸出。DAC輸出提供力檢測選項(xiàng)，可用作可編程比較器和電流源或灌電流。多功能 GPIO、功能生成和 NVM 使這些智能 DAC 能夠?qū)崿F(xiàn)無處理器應(yīng)用和設(shè)計重用。這些器件可自動檢測I2C、SPI和PMBus接口，并包含內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。

這些智能DAC的功能集與微型封裝和低功耗相結(jié)合，是電壓裕度和縮放、用于偏置和校準(zhǔn)的直流設(shè)定點(diǎn)以及波形生成等應(yīng)用的絕佳選擇。

特性

• 具有靈活配置的可編程電壓或電流輸出：
  • 電壓輸出：
    • 1LSB DNL
    • 收益為 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
  • 電流輸出：
    • 1LSB INL 和 DNL（8 位）
    • ±25μA、±50μA、±125μA、±250μA輸出范圍選項(xiàng)
• 適用于所有通道的可編程比較器模式
• VDD關(guān)閉時的高阻抗輸出
• 高阻抗和電阻下拉掉電模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自動檢測I2C、SPI或PMBus接口
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用輸入/輸出 （GPIO） 可配置為多種功能
• 預(yù)定義波形生成：正弦波、三角波、鋸齒波
• 用戶可編程非易失性存儲器 （NVM）
• 內(nèi)部、外部或電源作為參考
• 工作范圍廣：
  • 電源：1.8V 至 5.5V
  • 溫度范圍：–40°C 至 +125°C
• 微型封裝：16引腳DSBGA（1.76mm×1.76mm）

參數(shù)

方框圖

DAC63204W 是德州儀器（Texas Instruments）DACx3204W 系列中的 12 位四通道智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） ，支持可編程電壓 / 電流輸出，集成非易失性存儲器（NVM）、內(nèi)部參考源及自動識別的 I2C/SPI/PMBus 接口，兼具高精度、低功耗與多功能特性，適用于光模塊、筆記本電腦等對輸出精度、集成度與功耗要求嚴(yán)苛的場景。以下從核心特性、性能參數(shù)、功能架構(gòu)、應(yīng)用設(shè)計及訂購信息等方面展開總結(jié)。

一、核心特性與產(chǎn)品定位

1. 基礎(chǔ)參數(shù)與架構(gòu)

• 通道與分辨率 ：
  • 通道配置：4 個獨(dú)立通道，每通道可單獨(dú)配置為電壓輸出或電流輸出模式，支持多參數(shù)同步控制（如多通道傳感器偏置調(diào)節(jié)）。
  • 分辨率：12 位（DAC 數(shù)據(jù)），電流輸出模式下等效 8 位精度（INL/DNL 均為 ±1 LSB），電壓輸出模式微分非線性（DNL）1 LSB，積分非線性（INL）±5 LSB，滿足高精度控制需求。
• 輸出模式與范圍 ：
  • 電壓輸出：支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 可編程增益，輸出范圍 0-VDD（1.8V-5.5V），零碼誤差 6-15mV（外部參考 / 內(nèi)部參考，VDD=5.5V），適用于電壓裕量調(diào)節(jié)（margining）、精密偏置等場景。
  • 電流輸出：支持雙極性（±25μA-±250μA）范圍，輸出阻抗 60MΩ，適配傳感器驅(qū)動、電流源校準(zhǔn)等應(yīng)用。
• 供電與功耗 ：
  • 供電電壓：1.8V-5.5V 單電源，兼容工業(yè)與便攜式設(shè)備供電標(biāo)準(zhǔn)。
  • 功耗：電壓輸出模式下每通道典型電流 150μA，休眠模式（內(nèi)部參考關(guān)閉）28μA，深度休眠模式低至 1.5-3μA，低功耗特性適配電池供電設(shè)備。
• 封裝與可靠性 ：
  • 封裝：16 引腳 DSBGA（1.76mm×1.76mm），0.4mm 引腳間距，底部無熱焊盤，需通過 PCB 布局優(yōu)化散熱（結(jié)到板熱阻 20.3°C/W）。
  • 環(huán)境適應(yīng)性：工作溫度 - 40°C-125°C（工業(yè)級），ESD 防護(hù)（人體放電模型 HBM±2000V、帶電設(shè)備模型 CDM±500V），保障惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。

2. 核心增強(qiáng)功能

• 智能接口與控制 ：
  • 自動識別接口：上電后自動檢測 I2C（標(biāo)準(zhǔn) / 快速 / 快速 + 模式）、SPI（3 線 / 4 線）或 PMBus 協(xié)議，無需硬件配置；I2C 支持 4 種設(shè)備地址（通過 A0 引腳配置），SPI 最高時鐘頻率 50MHz（寫操作），讀操作最高 2.5MHz（FSDO=1）。
  • PMBus 兼容性：支持 Turn On/Off、Margin High/Low 等 PMBus 指令，適配電源管理場景（如 CPU/GPU 供電電壓裕量測試）。
• 存儲與校準(zhǔn) ：
  • NVM 功能：支持 20000 次擦寫（-40°C-85°C）、50 年數(shù)據(jù)保留，可存儲 DAC 配置、增益參數(shù)、故障閾值等，上電后自動加載，實(shí)現(xiàn) “無處理器獨(dú)立運(yùn)行”。
  • 實(shí)時校準(zhǔn)：電壓 / 電流輸出均支持偏移誤差、增益誤差校準(zhǔn)，零碼誤差溫度系數(shù) ±10μV/°C，增益誤差溫度系數(shù) ±0.0008% FSR/°C，保障長期精度穩(wěn)定性。
• 波形生成與故障管理 ：
  • 預(yù)定義波形：支持正弦波、三角波、鋸齒波生成，頻率可通過步長（CODE-STEP：1-32 LSB）與速率（SLEW-RATE：4μs-5.12ms / 步）編程，例如三角波頻率可通過 “步長 10 LSB + 速率 100μs / 步” 實(shí)現(xiàn)約 50Hz 輸出，適配周期性信號驅(qū)動場景（如傳感器激勵）。
  • 故障保護(hù)：集成可編程比較器（窗口 / 滯回模式）、故障轉(zhuǎn)儲（Fault-Dump）功能，可將故障時的寄存器狀態(tài)（如 DAC 數(shù)據(jù)、比較器狀態(tài)）存儲至 NVM，便于事后診斷系統(tǒng)故障。

3. 典型應(yīng)用場景

• 光模塊 ：作為激光二極管偏置電流控制器，4 通道獨(dú)立輸出可同時調(diào)節(jié)多組激光器件電流，12 位精度保障光信號功率穩(wěn)定性。
• 筆記本電腦 ：電壓輸出模式用于 CPU/GPU 供電電壓裕量測試，PMBus 接口適配電源管理芯片，實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)與故障保護(hù)。
• 工業(yè)傳感器 ：多通道電流輸出為溫度、壓力等傳感器提供精準(zhǔn)偏置電流，12 位精度降低傳感器測量誤差。

二、關(guān)鍵性能參數(shù)

1. 核心電氣性能（典型值，TA ? =25**°C，VDD?**=**5.5**V，增益 = 1×）

三、核心功能架構(gòu)

1. 模擬前端模塊

（1）電壓輸出電路

• 參考選擇 ：支持三種參考模式，靈活適配不同精度需求：
  • 內(nèi)部參考：1.21V（初始精度 ±1%，溫度漂移 50ppm/°C），通過VOUT-GAIN-x寄存器配置增益（如 1.21V×4× 增益對應(yīng)輸出 0-4.84V）。
  • 外部參考：1.7V-VDD，需確保外部參考滯后 VDD 上電，避免器件損壞。
  • 電源參考：默認(rèn)以 VDD 為參考，增益固定 1×，輸出范圍 0-VDD，適用于對成本敏感的場景。
• 閉環(huán)設(shè)計 ：每個通道的 FBx 引腳需與 OUTx 短接，形成閉環(huán)放大器輸出，避免開環(huán)導(dǎo)致的輸出飽和；輸出短路電流（VDD=5.5V）典型 60mA，保障 TEC、繼電器等負(fù)載的驅(qū)動能力。

（2）電流輸出電路

• 范圍配置 ：通過IOUT-RANGE-x寄存器選擇輸出范圍（如 ±25μA-±250μA），內(nèi)部采用電壓 - 電流轉(zhuǎn)換架構(gòu)，輸出阻抗 60MΩ，降低負(fù)載變化對電流精度的影響。
• 誤差補(bǔ)償 ：集成偏移誤差、增益誤差校準(zhǔn)，雙極性模式下 mid-scale 偏移 ±1% FSR，可通過 NVM 存儲校準(zhǔn)參數(shù)，上電后自動補(bǔ)償。

（3）可編程比較器

• 功能模式 ：
  • 滯回模式：通過CMP-X-MODE=01b啟用，DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW設(shè)置滯回閾值，適用于噪聲環(huán)境下的閾值檢測（如過流保護(hù)）。
  • 窗口模式：通過CMP-X-MODE=10b啟用，檢測輸入電壓是否在MARGIN-HIGH與MARGIN-LOW之間，超限則觸發(fā)WIN-CMP-X標(biāo)志，用于電壓 / 電流范圍監(jiān)控。
• 輸出控制 ：支持推挽 / 開漏輸出（CMP-X-OD-EN）與相位反轉(zhuǎn)（CMP-X-INV-EN），故障時可強(qiáng)制 DAC 輸出預(yù)設(shè)值（如 Hi-Z 或 NVM 存儲代碼），提升系統(tǒng)安全性。

2. 波形生成與 NVM 功能

（1）預(yù)定義波形生成

• 波形類型 ：
  • 三角波 / 鋸齒波：基于DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW設(shè)定上下限，通過CODE-STEP與SLEW-RATE控制頻率，例如 100μs / 步、10 LSB 步長時，三角波頻率約 50Hz。
  • 正弦波：內(nèi)置 24 點(diǎn) / 周期的預(yù)編程數(shù)據(jù)，支持 0°/90°/120°/240° 相位選擇，頻率由SLEW-RATE決定（如 24×4μs / 步對應(yīng)頻率 10.4kHz），適配傳感器激勵、信號調(diào)制場景。
• 觸發(fā)方式 ：可通過 GPIO 引腳或寄存器觸發(fā)波形啟動 / 停止，支持多通道同步生成，簡化多信號協(xié)同控制。

（2）NVM 與配置存儲

• 存儲內(nèi)容 ：支持存儲 DAC 輸出代碼、增益配置、比較器閾值、故障轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)等，上電后通過 POR（上電復(fù)位）自動加載，無需外部處理器干預(yù)，實(shí)現(xiàn) “上電即工作”。
• CRC 校驗(yàn) ：內(nèi)置 16 位 CRC-16 校驗(yàn)，檢測 NVM 數(shù)據(jù)完整性，若數(shù)據(jù)損壞（NVM-CRC-FAIL-USER置 1），自動加載出廠默認(rèn)值，保障配置可靠性。
• 故障轉(zhuǎn)儲（Fault-Dump） ：觸發(fā)故障時，自動將 DAC 數(shù)據(jù)、比較器狀態(tài)等關(guān)鍵信息存儲至 NVM，便于事后分析故障原因（如系統(tǒng)掉電前的狀態(tài)捕獲）。

3. 接口與同步控制

• 自動識別接口 ：
  • I2C：支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、快速 + 模式（1Mbps），4 種設(shè)備地址（A0 引腳接 AGND/VDD/SDA/SCL），適配多器件級聯(lián)。
  • SPI：默認(rèn) 3 線模式（SCLK/SDI/SYNC），GPIO 配置為 SDO 后支持 4 線讀操作，寫操作最高 50MHz，讀操作最高 2.5MHz（FSDO=1），滿足高速數(shù)據(jù)更新需求。
  • PMBus：兼容 Turn On/Off、Margin High/Low 等指令，適配電源管理系統(tǒng)，支持電壓裕量測試與故障上報。
• GPIO 多功能配置 ：
  • 輸入功能：可配置為 LDAC（加載 DAC 數(shù)據(jù)）、PROTECT（故障保護(hù)觸發(fā)）、RESET（器件復(fù)位）等，例如 PROTECT 引腳觸發(fā)時，DAC 輸出可漸變至安全值并進(jìn)入高阻模式。
  • 輸出功能：可映射 NVM-BUSY、DAC-BUSY、比較器狀態(tài)等，實(shí)時反饋器件工作狀態(tài)，簡化系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計。

四、應(yīng)用設(shè)計要點(diǎn)

1. 電源與布局設(shè)計

• 供電配置 ：
  • 去耦電容：VDD 引腳外接 0.1μF 陶瓷電容（靠近引腳），CAP 引腳外接 1.5μF 旁路電容（為內(nèi)部 LDO 濾波），降低電源噪聲耦合；外部參考（若使用）需滯后 VDD 上電，避免反向電壓損壞。
  • 接地設(shè)計：模擬地（AGND）與數(shù)字地單點(diǎn)連接，DSBGA 封裝的焊球需通過過孔陣列連接至地平面，優(yōu)化散熱與接地性能；模擬信號（OUTx/FBx）與數(shù)字信號（SCL/SDA）分開布線，避免串?dāng)_。
• 布局規(guī)范 ：
  • 分區(qū)布局：電壓輸出通道遠(yuǎn)離高頻數(shù)字電路，電流輸出通道需減少寄生電阻（如短路徑、粗走線），避免影響電流精度。
  • 熱設(shè)計：若用于高功耗場景（如多通道滿負(fù)荷輸出），需在 PCB 對應(yīng)區(qū)域增加銅皮，輔助散熱（結(jié)到環(huán)境熱阻 81.2°C/W）。

2. 典型應(yīng)用：可編程電流源

以 DAC63204W 驅(qū)動外部 MOSFET 實(shí)現(xiàn) 0-200mA 可編程電流源為例，適配光模塊激光驅(qū)動場景，設(shè)計步驟如下：

1. 硬件連接 ：

• 電流采樣：MOSFET 源極串聯(lián) 3Ω 采樣電阻（RSET），DAC 輸出（OUT0）通過運(yùn)放驅(qū)動 MOSFET 柵極，F(xiàn)B0 引腳監(jiān)測 RSET 電壓，形成閉環(huán)控制。
• 故障保護(hù)：AIN0 接電流采樣電阻兩端，配置比較器窗口模式，閾值設(shè)為 0.6V（對應(yīng) 200mA），超限則觸發(fā) PROTECT 功能，關(guān)閉電流輸出。

2. 參數(shù)配置 ：

• 參考與增益：啟用內(nèi)部 1.21V 參考，配置 1.5× 增益，DAC 輸出范圍 0-1.8V，對應(yīng) RSET 電壓 0-0.6V（電流 0-200mA）。
• 波形與 Slew 控制：設(shè)置CODE-STEP=8 LSB、SLEW-RATE=8μs/步，從 0mA 到 200mA 的漸變時間約 1.36ms，避免電流沖擊損壞激光器件。

3. NVM 存儲 ：將 DAC 代碼、比較器閾值、增益配置存儲至 NVM，上電后自動加載，無需外部處理器初始化。