特征

●電源：+2.7V至+5.5V

●微功率運行：5伏時為950微安

●16位單調超溫

●沉降時間：10μs至±0.003%FSR

●超低交流串擾：–100dB典型值

●上電復位至零刻度

●具有軌對軌操作的片上輸出緩沖放大器

●雙緩沖輸入架構

●同步或順序輸出更新和斷電

●16頻道廣播能力

●施密特觸發輸入

●TSSOP-16包

應用

●便攜式儀表

●閉環伺服控制

●過程控制

●數據采集系統

●可編程衰減

●PC外圍設備

說明

DAC8534是一個四通道，16位數模轉換器（DAC），提供低功耗操作和靈活的串行主機接口。每個片上精密輸出放大器允許在2.7V至5.5V的供電范圍內實現軌對軌輸出擺動。該設備支持標準的3線串行接口，能夠在IOVDD=5V時輸入數據時鐘頻率高達30MHz。

DAC8534需要外部參考電壓來設置每個DAC通道的輸出范圍。該裝置還包括一個通電復位電路，該電路可確保DAC在零刻度下輸出加電，并保持在那里直到發生有效的寫入。DAC8534提供每通道斷電功能，通過串行接口訪問，將5V時每個通道的電流消耗降低到200nA。

該設備在正常運行時的低功耗使其非常適合便攜式電池供電設備和其他低功耗應用。5V時功耗為5mW，在斷電模式下，功耗降至4μW。

DAC8534采用TSSOP-16封裝，其規定工作溫度范圍為-40°C至+105°C。

串行寫入操作

典型特征

TA=+25°C時，除非另有說明。

操作理論

DAC部分

DAC8534的每個通道的結構由一個電阻串DAC和一個輸出緩沖放大器組成。圖1顯示了DAC架構的簡化框圖。

每個設備的輸入編碼為單極性直二進制，因此理想輸出電壓由以下公式給出：

其中D=加載到DAC寄存器的二進制代碼的十進制等效值；它的范圍從0到65535。

VOUTX指信道A或通過D。

電阻串

電阻串部分如圖2所示。它只是一個除以2的電阻器后面跟著一串電阻器。加載到DAC寄存器中的代碼確定在串上的哪個節點上電壓被分接。然后，通過關閉將串連接到放大器的開關之一，將該電壓施加到輸出放大器上。

輸出放大器

每個輸出緩沖放大器能夠在其輸出上產生軌道環行電壓，其輸出范圍接近0V至AVDD（必須考慮增益和偏移誤差）。每個緩沖器能夠驅動2kΩ的負載，并將1000pF的負載傳輸至GND。輸出放大器的源極和陷波能力可以從典型特性中看出。

串行接口

DAC8534使用與SPI兼容的3線串行接口（同步、SCLK和DIN）™，QSPI™，和微絲™ 接口標準，以及大多數DSP。有關典型寫入順序的示例，請參閱串行寫入操作時序圖。

寫入順序從同步線的低電平開始。來自DIN線的數據被時鐘送入SCLK每個下降沿的24位移位寄存器。串行時鐘頻率可高達30MHz，使DAC8534與高速DSP兼容。在串行時鐘的第24下降沿上，最后一個數據位被記錄到移位寄存器中，移位寄存器被鎖定。進一步的時鐘不會改變移位寄存器數據。一旦24位被鎖定到移位寄存器中，8MSB用作控制位，16LSB用作數據。在接收到第24個時鐘下降沿后，DAC8534對8個控制位和16個數據位進行解碼以執行所需的功能，而無需等待同步上升沿。一個新的SPI序列從SYNC的下一個下降沿開始。在24位序列完成之前，同步上升沿會重置SPI接口；不會發生數據傳輸。

在這一點上，同步線可以保持在較低的水平，也可以保持在較高的水平。在任何一種情況下，從24號墜落的最短延遲時間必須滿足SCLK邊緣到下一個下降同步邊緣，才能正確開始下一個循環。為確保設備的最低功耗，應注意數字輸入電平盡可能接近每根導軌。（有關“電源電流與邏輯輸入電壓”傳輸特性曲線，請參閱“典型特性”部分。）

IOVDD和電壓轉換器

IOVDD引腳為DAC8534的數字輸入結構供電。對于單電源操作，可與AVDD連接。對于雙電源操作，IOVDD引腳為各種CMOS邏輯系列提供了接口靈活性，并應連接到系統的邏輯電源。DAC8534的模擬電路和內部邏輯使用AVDD作為電源電壓。外部邏輯高輸入通過電平移位器轉換成AVDD。這些電平移位器使用IOVDD電壓作為參考，將輸入邏輯高電平轉換為AVDD。無論AVDD電壓如何，IOVDD都能在2.7V到5.5V的電壓范圍內工作，這確保了與各種邏輯系列的兼容性。雖然規定為2.7V，但IOVDD將在低至1.8V的電壓下工作，時間和溫度性能下降。為了降低功耗，邏輯VIH電平應盡可能接近IOVDD，邏輯VIL電平應盡可能接近GND電壓。

輸入移位寄存器

DAC8534的輸入移位寄存器（SR）為24位寬，如圖3所示，由8個控制位（DB16-DB23）和16個數據位（DB0-DB15）組成。前兩個控制位（DB22和DB23）是地址匹配位。DAC8534提供了額外的硬件支持尋址能力，允許單個主機通過一個SPI總線與最多四個DAC8534通信，而無需任何粘合邏輯，從而實現多達16個通道的操作。DB23的狀態應該與pina1的狀態相匹配；同樣，DB22的狀態應該與pina0的狀態匹配。如果不匹配，DAC8534將忽略控制命令和數據（DB21…DB0）。也就是說，如果沒有匹配項，則不尋址DAC8534。地址匹配可以被廣播更新覆蓋，如下所述。

ld1（DB20）和ld0（DB21）用指定的16位數據值或斷電命令控制每個模擬輸出的更新。位DB19是一個“不關心”位，它不影響DAC8534的操作，可以是1或0。DAC通道選擇位（DB17、DB18）控制從DAC A到DAC D的數據（或斷電命令）的目的地。最終控制位PD0（DB16）選擇DAC8534通道的斷電模式。

DAC8534還支持許多不同的加載命令。加載命令包括廣播命令，以尋址SPI總線上的所有dac8534。加載命令可以總結如下：

DB21=0和DB20=0：單通道存儲。與DB18和DB17選擇的DAC相對應的臨時寄存器（數據緩沖區）用SR數據（或斷電）的內容進行更新。

DB21=0和DB20=1：單通道更新。與DB18和DB17選擇的DAC相對應的臨時寄存器和DAC寄存器用SR數據（或斷電）的內容進行更新。

DB21=1和DB20=0：同步更新。DB18和DB17選擇的一個通道用SR數據更新，同時，所有其他通道都用先前存儲的數據更新（或斷電）。

DB21=1和DB20=1：廣播更新。不管地址匹配與否，SPI總線上的所有dac8534都會響應。如果DB18=0，則SR數據將被忽略，來自所有DAC8534的所有通道都將使用先前存儲的數據進行更新（或斷電）。如果DB18=1，則SR data（或斷電）更新系統中所有DAC8534的所有通道。此廣播更新功能允許同時更新多達16個頻道。

斷電/數據選擇如下：

DB16是一個斷電標志。如果設置了此標志，則DB15和DB14選擇表I中所述的設備的四種斷電模式之一。如果DB16=1，則DB15和DB14不再代表數據的兩個MSB，它們代表表I中描述的斷電條件。與數據類似，斷電條件可以存儲在每個DAC的臨時寄存器中。可以使用數據、斷電或兩者的組合來同時更新dac。

更多信息請參考表二。

同步中斷

在正常寫入序列中，同步線在SCLK的至少24個下降沿保持低電平，并且在第24個下降沿更新尋址的DAC寄存器。但是，如果同步在第24個下降沿之前升高，它充當寫入序列的中斷；移位寄存器復位，寫入序列被丟棄。數據緩沖區內容、DAC寄存器內容的更新和操作模式的更改都不會發生（參見圖4）。

上電復位

DAC8534包含上電復位電路，在通電期間控制輸出電壓。通電時，DAC寄存器充滿零，輸出電壓設置為零刻度；它們保持在那里，直到對相應的DAC通道發出有效的寫入序列和加載命令。這在設備通電過程中了解每個DAC輸出的輸出狀態很重要的應用程序中非常有用。在設備通電之前，不應將設備引腳調高。

斷電模式

使用DAC8534的四種操作模式。通過在移位寄存器中設置三位（PD2、PD1和PD0）并對dac執行“加載”操作，可以訪問這些模式。DAC8534提供了一個基于通道寄存器操作的非常靈活的斷電接口。通道由帶斷電電路的單16位DAC、臨時存儲寄存器（TR）和DAC寄存器（DR）。TR和DR都是18位寬的。16位和16位TR和DR一樣，可以臨時存儲16位和16位的數據。內部電路確保當DB16=1時，DB15和DB14被傳輸到TR17和TR16（DR17和DR16）。

DAC8534將斷電條件視為數據，所有操作模式對斷電仍然有效。可以向系統中的所有dac8534廣播掉電條件，或者可以在更新其他信道上的數據的同時同時關閉信道。

DB16、DB15和DB14=100表示所選信道的Hi-Z輸出阻抗的斷電條件。111也是如此。101表示輸出阻抗為1k的斷電條件，110表示輸出阻抗為100k的斷電條件。

當兩個位都設置為0或1時，設備進入高阻抗狀態，5V時的典型功耗為3pA。然而，對于兩種低阻抗輸出模式，電源電流在5V時降至100nA（3V時為50nA）。不僅電源電流下降，而且輸出級也在內部從放大器的輸出切換到已知值的電阻網絡。這有一個優點，即在斷電模式下，設備的輸出阻抗是已知的。斷電有三種不同的選擇：輸出通過1kΩ電阻、100kΩ電阻內部連接到GND，或者保持開路（高阻抗）。輸出階段如圖5所示。

當電源關閉模式激活時，所有模擬電路都會關閉。當PD0設置為0時，每個DAC將退出掉電，新數據被寫入數據緩沖區，并且DAC信道接收到“加載”命令。對于AVDD=5V，退出斷電的時間通常為2.5μs；對于AVDD=3V，退出斷電的時間通常為5μs（請參見典型特性）。

LDAC功能

DAC8534提供軟件和硬件同時更新功能。DAC8534雙緩沖結構的設計使得每個DAC都可以輸入新的數據，而不會干擾模擬輸出。軟件同步更新能力由Load 1（LD1）和Load 0（LD0）控制位控制。通過將Load 1設置為“1”，所有DAC寄存器將在第24時鐘信號。當新的數據被輸入到設備中時，所有的DAC輸出都可以與時鐘同步更新。

內部DAC寄存器是邊緣觸發的，而不是電平觸發的，因此，當LDAC引腳信號從低到高轉換時，當前在DAC輸入寄存器中的數字字被鎖存。此外，它允許在任何時候寫入DAC輸入寄存器；然后，可以通過LDAC引腳異步改變DAC輸出電壓。LDAC觸發器只能在緩沖器通過軟件正確更新后使用。如果只希望通過軟件更新DAC輸出，則必須將LDAC引腳永久性地系在低位。

微處理器接口

DAC8534至8051接口

DAC8534和典型的8051型微控制器之間的串行接口見圖6。接口設置如下：8051的TXD驅動DAC8534的SCLK，RXD驅動設備的串行數據線。

同步信號來自8051端口上的位可編程引腳。在這種情況下，使用端口線P3.3。當數據要傳輸到DAC8534時，P3.3取低。8051以8位字節傳輸數據；因此在傳輸周期中只有8個時鐘下降沿出現。為了將數據加載到DAC，在發送前8位之后，P3.3保持低位，然后啟動第二個和第三個寫入周期來傳輸剩余的數據。P3.3在第三個寫入周期完成后取高。8051以首先顯示LSB的格式輸出串行數據，而DAC8534則要求其數據以MSB作為接收的第一位。因此，8051傳輸程序必須考慮到這一點，并根據需要“鏡像”數據。

DAC8534到微線接口

圖7顯示了DAC8534和任何Microwire兼容設備之間的接口。串行數據在串行時鐘的下降沿向外移位，并在CK信號的上升沿被時鐘送入DAC8534。

DAC8534至68HC11接口

圖8顯示了DAC8534和68HC11微控制器之間的串行接口。68HC11的SCK驅動DAC8534的SCK，而MOSI輸出驅動DAC的串行數據線。同步信號來自端口線（PC7），類似于8051圖。

應配置68HC11，使其CPOL位為0，CPHA位為1。此配置使MOSI輸出上顯示的數據在SCLK下降沿上有效。當數據被傳輸到DAC時，同步線保持在低位（PC7）。來自68HC11的串行數據以8位字節傳輸，傳輸周期中只有8個時鐘下降沿。（數據首先被發送到MSB。）為了將數據加載到DAC8534，在前8位被傳輸之后PC7保持低位，然后對DAC執行第二和第三串行寫入操作。PC7在本程序結束時取高值。

DAC8534到TMS320 DSP接口

圖9顯示了DAC8534和TMS320數字信號處理器（DSP）之間的連接。一個DSP可以控制多達四個DAC8534，而無需任何接口邏輯。

應用

電流消耗

DAC8534通常在AVDD=5V時消耗250μA，在AVDD=3V時消耗225μA，包括參考電流消耗。如果VIH<<IOVDD，數字輸入端可能會出現額外的電流消耗。對于最有效的電源操作，建議在DAC的數字輸入端使用CMOS邏輯電平。

在斷電模式下，每個通道的典型電流消耗為200nA。在向DAC發出斷電命令后10 ms到20 ms的延遲時間通常足以使斷電電流降至10μA以下。

驅動電阻和電容負載

DAC8534輸出級能夠驅動高達1000pF的負載，同時保持穩定。在偏移和增益誤差范圍內，當驅動電容性負載時，DAC8534可以操作軌對軌。2kΩ的電阻負載可由DAC8534驅動，同時實現1%的典型負載調節。當負載電阻降至2kΩ以下時，負載調節誤差增大。當DAC的輸出在電阻負載下被驅動到正軌時，每個AB類輸出級的PMOS晶體管都可以進入線性區。當這種情況發生時，增加的紅外電壓降會惡化DAC的線性性能。這只發生在大約最高20毫伏的DAC的輸出電壓特性。如果在滿量程（在電阻負載條件下）要求良好的線性，則施加到DAC8534的參考電壓可以降低到施加到AVDD的電源電壓以下，以消除這種情況。

串擾和交流性能

DAC8534體系結構為每個DAC通道使用單獨的電阻串，以實現超低串擾性能。在相鄰信道的滿標度變化期間，在一個信道上看到的直流串擾通常小于0.5LSBs。測量到的交流串擾（對于在一個信道上產生的滿標度1kHz正弦波輸出，在另一個輸出信道上測量）通常低于-100dB。此外，DAC8534可實現96dB SNR（信噪比）和65dB THD（總諧波失真）的典型交流性能，使DAC8534成為在4kHz或以下輸出頻率下要求高信噪比的應用的可靠選擇。

輸出電壓穩定性

DAC8534具有良好的溫度穩定性，在器件的指定溫度范圍內，典型的輸出電壓漂移為5ppm/°C。這使得每個通道的輸出電壓在±1°C的環境溫度變化范圍內保持在±25μV的范圍內。

良好的電源抑制比（PSRR）性能將AVDD上出現的電源噪聲從輸出端降低到遠低于10μV-s。結合良好的直流噪聲性能和真正的16位差分線性度，DAC8534成為閉環控制應用的理想選擇。

穩定時間和輸出故障性能

對于輸入處的全刻度代碼更改，可在10μs內實現在DAC8534的16位精確范圍內的穩定時間。最壞情況下，連續代碼更改之間的設置時間通常小于2μs，使數字輸入信號的更新率高達500ksps（將代碼轉換為代碼）。DAC8534的高速串行接口是為了支持這些高更新率而設計的。

對于滿標度輸出振蕩，當驅動200pF電容性負載時，每個DAC8534通道的輸出級通常表現出小于100mV的過沖和下沖。由于代碼到代碼的轉換沒有跨越Nx4096代碼邊界，代碼到代碼的更改問題非常低。由于DAC8534的內部分段，在Nx4096代碼邊界的每個交叉處都會發生代碼到代碼的小故障。當N=15時，這些故障可能接近100nVs，但在~2μs內解決。

使用REF02作為DAC8534的電源

由于DAC8534需要極低的電源電流，一種可能的配置是使用REF02+5V精密參考電壓，為DAC8534的電源輸入和參考輸入提供所需的電壓，如圖10所示。如果電源噪聲很大或系統電源電壓不是5V，這一點尤其有用。REF02將為DAC8534輸出穩定的電源電壓。當電流為855毫安時，也需要將電流輸入到電流為855毫安的情況下，才需要將電流輸入到電流為0.855毫安的情況下。所需的總典型電流（給定DAC輸出上有5kΩ負載）為：

使用DAC8534的雙極操作

DAC8534設計用于單電源操作，但使用圖11中的電路也可以實現雙極輸出范圍。所示電路的輸出電壓范圍為±VREF。使用放大器（如OPA703）可以實現放大器輸出端的軌對軌操作，如圖11所示。

任何輸入代碼的輸出電壓計算如下：

其中D表示十進制輸入代碼（0–65535）。

VREF=5V，R1=R2=10kΩ：

輸出電壓范圍為±5V，0000H對應于-5V輸出，FFFFH對應于+5V輸出。同樣，使用VREF=2.5V，可以實現±2.5V的輸出電壓范圍。

布局

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、調節良好的電源。

DAC8534提供單電源操作，通常與數字邏輯、微控制器和，微處理器和數字信號處理器。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DAC8534的單接地引腳，所有回流（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將直接連接到模擬接地層。該平面將與數字元件的接地連接分開，直到它們連接到系統的電源入口。

應用于AVDD的電源應調節良好，噪音低。開關電源和DC/DC變換器通常會在輸出電壓上產生高頻故障或尖峰。此外，數字元件可以在其內部邏輯開關狀態下產生類似的高頻尖峰。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，AVDD應連接到與數字邏輯連接分離的正電源平面或跡線，直到它們在電源接入點連接。此外，強烈建議將1μF至10μF電容器與0.1μF旁路電容器并聯。在某些情況下，可能需要額外的旁路，例如100μF的電解電容器，甚至是由電感器和電容器組成的“Pi”濾波器，它們的設計基本上都是低通濾波電源，消除高頻噪聲。

一條SPI總線上最多可以使用四個DAC8534設備，而無需任何粘合邏輯來創建高通道計數解決方案。在上使用多個DAC8534時，需要特別注意避免數字信號完整性問題同樣的SPI總線。只要這些數字信號的上升時間大于任何兩個DAC8534設備之間傳播延遲的6倍，SYNC、SCLK和DIN線路的信號完整性就不會成為問題。標準印刷電路板的傳播速度約為6英寸/納秒。因此，如果數字信號上升時間為1ns，建議任何兩個DAC8534設備之間的距離不超過1英寸。如果DAC8534s必須在PCB上離得更遠，則應通過放置系列RESI來縮短信號上升時間-同步、SCLK和DIN線路驅動程序的TOR。如果任何兩個DAC8534之間的最大距離必須是6英寸，則上升時間應減少到6納秒，由數字驅動器上的串聯電阻器和PCB上的總跟蹤和輸入電容組成的RC網絡。

機械數據

注：A、所有線性尺寸單位均為毫米。

B、 本圖紙如有更改，恕不另行通知。

C、 主體尺寸不包括不超過0.15的模具飛邊或突出物。

D、 屬于JEDEC MO-153。

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