深度剖析AD7837/AD7847：雙路12位MDAC的卓越性能與應(yīng)用

一、引言

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討Analog Devices公司的AD7837/AD7847，這是一款集成了輸出放大器的雙路12位乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在多個(gè)領(lǐng)域都有出色的表現(xiàn)。

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二、產(chǎn)品特性

2.1 核心特性

• 雙路12位MDAC：芯片集成了兩個(gè)12位的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器（MDAC），并帶有輸出放大器，無(wú)需外部用戶調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)完整的指定性能。
• 4象限乘法功能：支持4象限乘法，能夠滿足更復(fù)雜的信號(hào)處理需求。
• 小巧封裝：采用節(jié)省空間的0.3英寸24引腳DIP和24引腳SOIC封裝，適合對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。

2.2 不同型號(hào)結(jié)構(gòu)差異

• AD7847：采用并行加載結(jié)構(gòu)，可接受12位并行數(shù)據(jù)，并使用2kΩ負(fù)載將數(shù)據(jù)加載到相應(yīng)的DAC鎖存器中。
• AD7837：為(8 + 4)加載結(jié)構(gòu)，適合與8位數(shù)據(jù)總線的微處理器接口。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

AD7837/AD7847的應(yīng)用十分廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

• 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備：高精度的轉(zhuǎn)換和快速的響應(yīng)時(shí)間，能夠滿足自動(dòng)測(cè)試設(shè)備對(duì)信號(hào)生成和采集的要求。
• 函數(shù)生成與波形重建：可用于生成各種復(fù)雜的函數(shù)波形，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確重建。
• 可編程電源：通過(guò)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電源輸出的精確調(diào)節(jié)。
• 同步器應(yīng)用：在同步系統(tǒng)中提供穩(wěn)定的模擬信號(hào)。

四、技術(shù)規(guī)格

4.1 電氣參數(shù)

• 電源要求：(V{DD}=+15V pm 5%)，(V{SS}=-15V pm 5%)，在某些情況下也可工作于(pm12V)。
• 參考輸入：(V{REF})輸入電阻典型值為10kΩ，(V{REFA})和(V_{REFB})的匹配誤差最大為±2%。
• 數(shù)字輸入：輸入高電壓(V{INH})最小為2.4V，輸入低電壓(V{INL})最大為0.8V。

4.2 靜態(tài)性能

• 分辨率：12位，相對(duì)精度在不同版本中有不同規(guī)格，如A版本為±1LSB 。
• 微分非線性：最大為±1LSB，保證了單調(diào)性。
• 零碼偏移誤差：在+25°C時(shí)，最大為±2mV。

4.3 動(dòng)態(tài)性能

• 電壓輸出建立時(shí)間：典型值為3μs，最大值為5μs。
• 壓擺率：典型值為11V/μs。
• 總諧波失真：在(V_{REF}=6V rms)，1kHz時(shí)，典型值為 - 88dB。

五、引腳功能與配置

5.1 AD7837引腳

5.2 AD7847引腳

六、電路設(shè)計(jì)

6.1 D/A轉(zhuǎn)換部分

采用分段方案，12位數(shù)據(jù)字的2個(gè)最高有效位（MSBs）被解碼以驅(qū)動(dòng)三個(gè)開(kāi)關(guān)A - C，其余10位驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)R - 2R梯形配置中的開(kāi)關(guān)（S0 - S9）。輸出放大器和反饋電阻完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換，輸出電壓公式為(V{OUT }=-D × V{REF})，其中D是數(shù)字字的分?jǐn)?shù)表示。

6.2 接口邏輯

• AD7847：可視為兩個(gè)獨(dú)立的DAC，每個(gè)都有自己的(overline{CS})輸入和一個(gè)公共的WR輸入。數(shù)據(jù)在(overline{WR})的上升沿鎖存到相應(yīng)的鎖存器中。
• AD7837：輸入加載結(jié)構(gòu)適合與8位數(shù)據(jù)總線的微處理器接口，包含輸入鎖存器和DAC鎖存器。LDAC輸入控制12位數(shù)據(jù)從輸入鎖存器到DAC鎖存器的傳輸。

6.3 工作模式

• 單極性二進(jìn)制操作：當(dāng)(V_{IN})為交流信號(hào)時(shí)，電路執(zhí)行2象限乘法。
• 雙極性操作（4象限乘法）：采用偏移二進(jìn)制編碼，在(V_{IN})為交流信號(hào)時(shí)，可執(zhí)行4象限乘法。

七、應(yīng)用電路

7.1 可編程增益放大器（PGA）

AD7837可作為可編程增益放大器，DAC在放大器反饋環(huán)路中充當(dāng)可編程電阻。通過(guò)控制DAC代碼，可以調(diào)節(jié)放大器的增益。系統(tǒng)總增益為各個(gè)增益級(jí)的乘積，有效增益與DAC代碼成反比。

7.2 模擬平移電路

在音頻應(yīng)用中，可將單個(gè)信號(hào)源數(shù)字“平移”或分割成兩通道信號(hào)，同時(shí)保持總功率恒定。通過(guò)將信號(hào)輸入到兩個(gè)DAC的(V_{REF})輸入，并使用互補(bǔ)的數(shù)字代碼，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)在兩個(gè)通道之間的平移。

八、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

8.1 接地管理

模擬地（AGNDA/AGNDB）和數(shù)字地（DGND）之間的交流或瞬態(tài)電壓會(huì)導(dǎo)致噪聲注入到模擬輸出中。建議在電路板上將AGND和DGND連接在一起，在復(fù)雜系統(tǒng)中可使用兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管連接。

8.2 電源去耦

為了最小化噪聲，建議使用10μF和0.1μF的陶瓷電容將(V{DD})和(V{SS})線去耦到DGND。

8.3 降低電源電壓操作

AD7837/AD7847可在(pm10V)電源電壓下工作，但輸出放大器需要約3V的裕量，因此(V_{REF})輸入應(yīng)避免接近電源電壓。

九、微處理器接口

9.1 AD7847接口

可與8086、MC68000和TMS320C10等16位微處理器系統(tǒng)接口，通過(guò)單個(gè)指令將12位字加載到選定的DAC鎖存器中。

9.2 AD7837接口

適合與8位數(shù)據(jù)總線的微處理器接口，需要五個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存地址，數(shù)據(jù)分兩次寫入輸入鎖存器，通過(guò)寫入LDAC地址將數(shù)據(jù)從輸入鎖存器傳輸?shù)紻AC鎖存器。

十、總結(jié)

AD7837/AD7847以其高性能、多功能和良好的兼容性，為電子工程師在數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)和配置，同時(shí)注意接地、電源去耦等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似DAC芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。