特點

•適合汽車應用

•相對精度（INL）：±0.35 LSB

•超低故障能量：0.1 nV-s

•低功率運行：2.7 V時為100μA

•上電復位至零刻度

•電源：2.7-5.5-V單電源

•斷電：2.7 V時為0.05μA

•12位線性度和單調性

•軌間電壓輸出

•沉降時間：5μs（最大）

•SPI兼容串行接口，帶施密特觸發(fā)器輸入：最高50 MHz

•菊花鏈功能•異步硬件清晰到零刻度

•規(guī)定溫度范圍：–40°C至+105°C

•小型，2-mm×3-mm，12引線USON封裝

•Z-Suffix提供改進的分層

應用

•便攜式電池供電儀器

•數字增益和偏移調整

•可編程電壓和電流源

•可編程衰減器

•工業(yè)過程控制

•ADAS雷達應用

•碰撞警告

•盲點檢測

說明

DAC7551-Q1器件是一種單通道、電壓輸出的數模轉換器（DAC），具有卓越的線性度和單調性，以及將故障能量最小化的專有結構。低功耗DAC7551-Q1設備可從單個2.7伏到5.5伏電源供電。DAC7551-Q1輸出放大器可驅動2-kΩ、200 pF的軌對軌負載，穩(wěn)定時間為5μs。輸出范圍使用外部參考電壓設置。

3線串行接口以高達50兆赫的時鐘頻率工作，并與SPI兼容™，QSPI™、microwire和DSP接口標準。該設備包含一個加電復位（POR）電路，以確保DAC輸出功率高達0 V，并保持在該電壓下，直到對該設備進行有效的寫入循環(huán)。該設備具有斷電功能，可將設備的電流消耗降低到2μa以下。

DAC7551-Q1設備體積小、功耗低，非常適合電池操作的便攜式應用。5v時的功耗通常為0.5mw，3v時為0.23mw，在斷電模式下功耗降低到1μW。

DAC7551-Q1設備采用12針USON封裝，規(guī)定溫度為-40°C至+105°C。與標準設備相比，Z后綴可減少分層。

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的訂購附錄。

功能框圖

典型特征

TA=25°C時，除非另有說明。

詳細說明

概述

DAC7551-Q1設備是一個12位電阻串數模轉換器（DAC）。無緩沖外部參考輸入允許正電壓參考低至0.25 V，高達VDD。放大器反饋輸入在負載點有更好的直流精度。該設備通過16位字三線串行外圍接口（SPI）控制，最高可達50兆赫，并可選擇菊花鏈多個設備。異步清除功能和斷電功能允許軟件控制復位和低功耗。一個獨立的邏輯電源輸入意味著該設備可以在廣泛的電源電壓范圍內與不同的邏輯系列一起使用。

功能框圖

特性描述

數模轉換器

DAC7551-Q1器件的結構由一個串DAC和一個輸出緩沖放大器組成。圖26顯示了DAC體系結構的通用框圖。

DAC7551-Q1器件的輸入編碼是無符號二進制，它給出了理想的輸出電壓，如等式1所示。

其中：

•D是加載到DAC寄存器的二進制代碼的十進制等效值，范圍從0到4095。

電阻串

圖27顯示了電阻串部分。這個部分只是一個電阻串，每個電阻值為R。加載到DAC寄存器的數字代碼決定在串上的哪個節(jié)點上，電壓被分接到輸出放大器中。通過關閉一個連接到放大器的開關，電壓被分接。DAC的輸出是單調的，因為它是一串電阻。

輸出緩沖放大器

輸出緩沖放大器能夠在輸出端產生軌對軌電壓，提供0 V到VDD的輸出范圍。該放大器能夠驅動2kΩ的負載，并對地高達1000pf。圖8、圖9和圖10顯示了輸出放大器的匯和源能力。在輸出空載的情況下，轉換速率為1.8v/μs，半刻度穩(wěn)定時間為3μs。

DAC外部參考輸入

DAC7551-Q1設備包含無緩沖的VREFH和VREFL參考輸入。VREFH參考電壓可低至0.25V，高達VDD，因為沒有任何參考放大器的凈空和腳部空間限制。

建議在外部電路中使用緩沖基準（例如，REF3140裝置）。輸入阻抗通常為100kΩ。

放大器檢測輸入

DAC7551-Q1設備包含一個放大器反饋輸入引腳VFB。對于電壓輸出操作，VFB必須外部連接到VOUT。對于直流點，應作更準確的直流連接。VFB引腳也適用于各種應用，包括數字控制的電流源。反饋輸入引腳通過100-kΩ電阻器內部連接到DAC放大器負極輸入端子。放大器負極輸入端子通過另一個100-kΩ電阻器內部接地（見圖26）。這些連接形成了一個增益為2的非互易放大器配置。總增益保持為1，因為電阻串有除以2的配置。在VFB針腳處看到的接地電阻約為200 kΩ。

上電復位

通電時，清除所有寄存器，并用零標度電壓更新DAC信道。在寫入有效數據之前，DAC輸出保持此狀態(tài)。此設置在設備通電時了解DAC輸出狀態(tài)非常重要的應用程序中特別有用。為避免開啟ESD保護裝置，應在任何其他引腳（如VREFH）升高之前應用VDD和IOVDD。VDD和IOVDD的加電順序無關。因此，IOVDD可以在VDD之前提出，或者反過來。

斷電

DAC7551-Q1設備具有靈活的斷電功能。在斷電狀態(tài)下，用戶可以靈活地選擇DAC的輸出阻抗。在斷電操作期間，DAC可以具有1kΩ、100kΩ或Hi-Z輸出對地阻抗。

異步清除

在CLR引腳降低后，DAC7551-Q1輸出立即異步設置為零標度電壓。CLR信號重置所有內部寄存器，因此其功能類似于上電復位。DAC7551-Q1設備在同步信號的第一個上升沿進行更新，該信號發(fā)生在CLR引腳回到高電平之后。

IOVDD和電平變換器

DAC7551-Q1器件可用于需要大范圍電源電壓的不同邏輯系列。為了啟用這個有用的功能，IOVDD引腳必須連接到系統的邏輯電源電壓。所有的DAC7551-Q1數字輸入和輸出引腳都配有電平轉換電路。輸入引腳上的電平移位器確保外部邏輯高壓轉換為內部邏輯高壓，無需額外的功耗。類似地，SDO管腳的電平移位器將內部邏輯高電壓（VDD）轉換為外部邏輯高電平（IOVDD）。對于單電源操作，IOVDD引腳可連接至VDD引腳。

積分和微分線性度

DAC7551-Q1器件采用精密薄膜電阻，提供卓越的線性度和單調性。積分線性誤差通常在±0.35 LSBs內，微分線性誤差通常在±0.08 LSBs內。

故障能量

DAC7551-Q1設備采用專有架構，最大限度地減少故障能量。碼對碼的小故障是如此之低，以至于它們通常隱藏在寬帶噪聲中，并且不容易被檢測出來。這個DAC7551-Q1故障通常低于0.1 nV-s。這種低故障能量比工業(yè)替代品提高了10倍以上。

設備功能模式

DAC7551-Q1設備使用四種操作模式。通過在控制寄存器中設置位PD0（DB13）和PD1（DB14），可以訪問這些模式。表1顯示了如何使用數據位PD0（DB13）和PD1（DB14）來控制操作模式。DAC7551-Q1設備將斷電情況視為數據；所有操作模式對斷電仍然有效。可以向系統中的所有DAC7551-Q1設備廣播斷電條件。關閉一個通道并更新其他通道上的數據也是可能的。此外，還可以寫入斷電的DAC信道的DAC寄存器或緩沖器。當DAC通電時，DAC包含此新值。

當PD0和PD1位都設置為0時，設備正常工作，2.7 V下的典型消耗為100μA。對于三種斷電模式，電源電流在2.7 V時降至0.05μA。如表1所示，有三種不同的斷電選項。VOUT引腳可以通過1-kΩ電阻或100-kΩ電阻內部連接到GND，也可以是開路的（High-Z）。換句話說，DB14和DB13=11表示所選信道具有高Z輸出阻抗的斷電條件。DB14和DB13=01和10分別代表1-kΩ和100-kΩ輸出阻抗的斷電條件。

編程

串行接口

DAC7551-Q1設備通過多功能3線串行接口控制，該接口以高達50 MHz的時鐘速率工作，并與SPI、QSPI、Microwire和DSP接口標準兼容。

16位字和輸入移位寄存器

輸入移位寄存器的寬度為16位。在串行時鐘輸入SCLK的控制下，DAC數據以16位字的形式加載到設備中，如圖1所示。表1中列出的16位字由4個控制位和12位DAC數據組成。數據格式為直接二進制，所有0對應0-V輸出，所有1對應滿標度輸出（VREF–1 LSB）。數據首先加載MSB（位15），其中前兩位（DB15和DB14）是不重要的位。位13和位12（DB13和DB12）確定正常模式操作或斷電模式（見表1）。

同步輸入是一個電平觸發(fā)輸入，用作幀同步信號和芯片啟用。數據只能在同步管腳低的情況下傳輸到設備中。要開始串行數據傳輸，同步引腳應取低，觀察最小同步到SCLK下降沿設置時間t4。同步引腳變低后，串行數據被轉移到SCLK下降沿上的設備輸入移位寄存器中，持續(xù)16個時鐘脈沖。

在同步管腳變低后，SPI被啟用，數據被連續(xù)地轉移到SCLK輸入的每個下降沿的移位寄存器中。當同步管腳被調高時，存儲在移位寄存器中的最后16位被鎖存到DAC寄存器中，并且DAC更新。

菊花鏈操作

菊花鏈操作用于更新同步輸入上升沿上的串行連接設備。

只要同步引腳為高電平，SDO引腳就處于高阻抗狀態(tài)。當同步引腳降低時，內部移位寄存器的輸出與SDO引腳相連。只要同步引腳為低電平，SDO引腳就以16周期延遲復制SDIN信號。為了支持菊花鏈中的多個設備，SCLK和同步信號在所有設備之間共享，并且一個DAC7551-Q1設備的SDO引腳應該綁定到下一個DAC7551-Q1設備的SDIN引腳。對于這種菊花鏈中的n個設備，需要16n個SCLK周期來移動整個輸入數據流。在接收到16n個SCLK下降沿之后，在下降同步信號之后，數據流變得完整，同步管腳可以被調高以同時更新n個設備。SDO操作的最大SCLK速度為10 MHz。

在菊花鏈模式下，建議在SDO輸出引腳上使用一個弱下拉電阻器，該電阻為鏈中的下一個設備提供SDIN數據。對于獨立操作，最大時鐘速度為50 MHz。對于菊花鏈操作，最大時鐘速度為10 MHz。

應用與實施

注意

以下應用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件的適用性。客戶應驗證和測試其設計實現，以確認系統功能。

申請信息

波形生成

由于DAC7551-Q1器件具有優(yōu)異的線性度和低故障，因此該器件非常適合于波形生成（從直流到10kHz）。DAC7551-Q1大信號穩(wěn)定時間為5μs，支持200ksps的更新速率。然而，如果要生成的波形由連續(xù)DAC更新之間的小電壓階躍組成，則更新速率可以超過1msps。為了獲得高動態(tài)范圍，建議使用REF3140裝置（4.096V）或REF02裝置（5V）來產生參考電壓。

產生±5-V、±10-V和±12-V輸出，用于精密工業(yè)控制

工業(yè)控制應用需要多個反饋回路，包括傳感器、模數轉換器（ADC）、微控制器（MCU）、DAC和執(zhí)行器。環(huán)路精度和環(huán)路速度是此類控制回路的兩個重要參數。

回路精度

DAC偏移、增益和積分線性誤差不是決定環(huán)路精度的因素。只要在單調數模轉換器的傳輸曲線中存在一個電壓，環(huán)路就可以找到該電壓并加以調整。另一方面，DAC分辨率和微分線性度確實決定了環(huán)路的精度，因為每個DAC步驟都決定了環(huán)路可以產生的最小增量變化。DNL誤差小于–1 LSB（非單調性）會導致環(huán)路不穩(wěn)定。DNL誤差大于1 LSB意味著不必要的大電壓階躍和錯過的電壓目標。當DNL誤差較大時，回路將失去穩(wěn)定性、分辨率和精度。DAC755x器件具有12位保證的單調性和±0.08-LSB的典型DNL誤差，是精密控制回路的最佳選擇。

環(huán)路速度

許多因素決定了控制回路的速度，如ADC轉換時間、MCU速度和DAC設置時間。通常，ADC轉換時間和MCU計算時間是控制環(huán)路時間常數的兩個主要因素。由于ADC轉換時間通常超過DAC轉換時間，所以DAC的穩(wěn)定時間很少是主要因素。DAC偏移、增益和線性誤差只能在啟動過程中減慢環(huán)路速度。當環(huán)路達到穩(wěn)態(tài)運行時，這些誤差不會進一步影響環(huán)路速度。根據環(huán)路傳輸函數的振鈴特性，DAC故障也會減慢環(huán)路速度。DAC7551-Q1具有1-MSPS（小信號）最大數據更新率，可支持高速控制回路。DAC7551-Q1器件的超低故障能量顯著提高了環(huán)路穩(wěn)定性和環(huán)路穩(wěn)定時間。

典型應用

產生工業(yè)電壓范圍

對于控制回路應用，DAC增益和偏移誤差不是重要參數。這種考慮可以用來降低高壓控制電路設計中的微調和校準成本。使用四路運算放大器（OPA4130）和電壓基準（REF3140），DAC7551-Q1可以產生控制回路所需的寬電壓波動。

設計要求

對于±5-V操作：

對于±10-V操作：

對于±12-V操作：

詳細設計程序

使用方程式2計算配置的輸出電壓。

固定的R1和R2電阻可用于粗略設置方程第一項所需的增益。當R2和R1將增益設置為包括一些最小的超量程增益時，可以使用單個DAC7551-Q1設備來設置所需的偏移電壓。殘余誤差不是環(huán)路精度的問題，因為偏移和增益誤差是可以容忍的。一個DAC7551-Q1設備可以提供Vtail電壓，而另外四個DAC7551Q1設備可以提供Vdac電壓以產生四個高壓輸出。一個SPI足以控制菊花鏈配置中的所有五個DAC7551-Q1設備。

應用曲線

電源建議

施加在VDD引腳上的電源應調節(jié)良好，噪音低。開關電源和DC-DC變換器的輸出電壓經常出現高頻故障或尖峰。此外，數字元件可以產生與內部邏輯開關狀態(tài)類似的高頻尖峰。這種噪聲可以很容易地通過電源連接和模擬輸出之間的各種路徑耦合到DAC輸出電壓中。與GND連接一樣，VDD引腳應連接到與數字邏輯連接分離的跡線電源平面，直到它們在電源入口點連接。此外，強烈建議使用1-μF和10-μF電容器以及0.1-μF旁路電容器。在某些情況下，可能需要額外的旁路，例如100μF電解電容器，甚至是由電感器和電容器組成的Pi濾波器。這些旁路方法都是為低通濾波電源和消除高頻噪聲而設計的。

布局

布局指南

一個精密的模擬元件需要仔細的布局，足夠的旁路，以及干凈、調節(jié)良好的電源。DAC7551-Q1設備提供單電源操作，通常與數字邏輯、微控制器、微處理器、數字信號處理器或組合使用。設計中的數字邏輯越多，開關速度越高，就越難防止輸出端出現數字噪聲。由于DAC7551-Q1設備的單個接地引腳，所有回路電流（包括DAC的數字和模擬回路電流）必須流經一個單點。理想情況下，GND應直接連接到模擬接地層。該平面應與數字部件的接地連接分開，直到這些部件在系統的電源入口連接。

布局示例

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