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AD5662是2.7 V至5.5 V,250μA,轨对轨输出 SOT-23中的16位nanoDACTM

时间:2020-1-14, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

低功耗(250μA@5V)单16位nanoDAC;保证12位精度;微型8导SOT-23/MSOP封装;在5 V时降低至480毫安,在3 V时降低至100毫安;上电复位至零刻度/中刻度;2.7 V至5.5 V电源;通过设计保证16位单调性;3断电功能;与施密特触发输入的串行接口;轨对轨运行;同步中断设施;温度范围-40°C至+125°C;适合汽车应用。

应用

过程控制;数据采集系统;便携式电池供电仪器;数字增益和偏移调整;可编程电压电流源;可编程衰减器。

一般说明

AD5662是nanoDAC家族的一员,是一种低功耗、单16位缓冲电压输出DAC,工作电压从单个2.7伏到5.5伏,设计上保证单调。

AD5662需要外部参考电压来设置DAC的输出范围。该部分包括一个上电复位电路,确保DAC输出功率高达0v(AD5662x-1)或中刻度(AD5662x-2),并一直保持到有效写入发生。该部分包含一个掉电功能,在5V时将设备的电流消耗降低到480Na,并在掉电模式下提供软件可选择的输出负载。

该部件在正常运行时的低功耗使其非常适合便携式电池供电设备。在5v时功耗为0.75mw,在断电模式下降低到2.4μW。

AD5662的片内精密输出放大器允许实现轨道扭转输出摆动。对于遥感应用,输出放大器的反向输入可供用户使用。

AD5662采用多功能3线串行接口,工作时钟频率高达30 MHz,并与标准SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP接口标准兼容。

产品亮点

1、保证16位DAC-12位精度。

2、提供8-铅SOT-23和8-铅MSOP包装。

3、低功率。通常在3V时消耗0.42mW,5伏时为0.75兆瓦。

4、开机重置为零刻度或中刻度。

5、最大沉降时间10μs。

定时特性

所有输入信号均以tr=tf=1 ns/V(10%至90%V)指定,并从(V+V)/2的电压电平开始计时。见图2。V=2.7 V至5.5 V;所有规格T至T,除非另有说明。

绝对最大额定值

T=25°C,除非另有说明。

在绝对最大额定值以上列出的应力可能对设备造成永久性损坏。这只是一个应力额定值;在本规范操作章节所列条件或以上任何其他条件下,设备的功能操作并不意味着。长时间暴露于绝对最大额定值条件可能影响器件可靠性。

典型性能特征

术语

相对精度或积分非线性(INL)对于DAC,相对精度或积分非线性是在LSBs中通过DAC传递函数的端点的直线测量最大偏差。典型的INL与代码图如图4所示。

微分非线性(DNL)

差分非线性是任意两个相邻码的测量变化和理想1lsb变化之间的差值。指定的微分非线性±1 LSB最大值保证了单调性。设计上保证了该DAC的单调性。典型的DNL与代码图如图5所示。

零码错误

零代码错误是将零代码(0x0000)加载到DAC寄存器时输出错误的度量。理想情况下,输出应为0 V。由于DAC的输出不能低于0 V,因此在AD5662中零码误差始终为正。这是由于DAC和输出放大器中的偏移误差的组合造成的。零码错误以毫伏表示。零码误差与温度的关系图如图11所示。

满标度误差

满标度误差是将满标度代码(0xFFFF)加载到DAC寄存器时输出误差的测量。理想情况下,输出应为V-1 LSB。满标度误差以满标度范围的百分比表示。满标度误差与温度的关系图如图10所示。尽职调查

增益误差

这是对DAC量程误差的测量。它是DAC传输特性与理想值的斜率偏差,表示为满标度范围的百分比。

未调整总误差(TUE)

总未调整误差是对输出误差的一种测量,将所有各种误差都考虑在内。典型的TUE与代码图如图6所示。

零码误差漂移

这是一种测量零码误差随温度变化的方法。以μV/℃表示。

增益温度系数

这是一种测量增益误差随温度变化的方法。以(满量程的ppm)/℃表示。

偏移误差

偏移误差是测量传递函数线性区域中以mV表示的V(实际)和V(理想)之间的差。在AD5662上测量偏移误差,并在DAC寄存器中加载代码512。它可以是消极的,也可以是积极的。出局出局

直流电源抑制比(PSRR)

这表示DAC的输出如何受到电源电压变化的影响。PSRR是DAC满标度输出的VOUT变化与VDD变化的比率。单位为分贝。VREF保持在2v,VDD变化±10%。

输出电压稳定时间

这是DAC的输出在1/4到3/4满标度输入变化下稳定到指定水平所需的时间,从SCLK的第24个下降沿开始测量。

数模故障脉冲

数模故障脉冲是当DAC寄存器中的输入代码改变状态时注入模拟输出的脉冲。它通常被指定为nV-s中的故障区域,并在主进位转换(0x7FFF到0x8000)时数字输入码被1lsb改变时测量。见图25和26。

数字馈通

数字馈通是对从DAC的数字输入注入DAC的模拟输出的脉冲的测量,但在DAC输出未更新时测量。它是在nV-s中指定的,并通过数据总线上的满标度代码更改进行测量,即从0到1,反之亦然。

总谐波失真(THD)

这是理想正弦波和使用DAC的衰减正弦波之间的区别。正弦波用作DAC的参考,THD是DAC输出谐波的测量。单位为分贝。

噪声谱密度

这是对内部产生的随机噪声的测量。

随机噪声的特征是频谱密度(每√Hz的电压)。它是通过将DAC加载到中刻度并在输出端测量噪声来测量的。测量单位为nV/√Hz。噪声谱密度图如图31所示。

操作理论

DAC段

AD5662 DAC采用CMOS工艺制造。该结构由一个字符串DAC和一个输出缓冲放大器组成。图32显示了DAC体系结构的框图。

由于DAC的输入编码是直接二进制的,所以理想的输出电压由:

其中,D是加载到DAC寄存器的二进制代码的十进制等效值。范围从0到65535。

电阻串

电阻串部分如图33所示。它只是一个电阻串,每个电阻值为R。加载到DAC寄存器的代码决定了电压在串上的哪个节点抽头进入输出放大器。通过关闭一个开关将串连接到放大器来切断电压。因为它是一串电阻,所以保证单调性。

输出放大器

输出缓冲放大器可以在其输出端产生轨对轨电压,输出范围为0v到V。该输出缓冲放大器的增益为2,来自反馈路径中的50kΩ电阻分压网络。输出放大器的反向输入可供用户使用,允许遥感。此V针必须连接到V才能正常工作。它可以驱动2 kΩ的负载与1000 pF并联至GND。输出放大器的源和汇能力如图15所示。回转率为1.5v/μs,1/4至3/4的满刻度沉降时间为10μs。

串行接口

AD5662具有3线串行接口(同步、SCLK和它与SPI、QSPI和MICROWIRE接口标准以及大多数dsp兼容。典型写入序列的时序图见图2。

写入序列开始时将同步线调低。来自数据线的数据被记录到SCLK下降沿上的24位移位寄存器中。串行时钟频率可高达30兆赫,使AD5662与高速DSP兼容。在24时钟下降沿上,最后一个数据位被计时并执行编程功能,即,DAC寄存器内容的改变和/或opera模式的改变-第行动。在这个阶段,同步线可以保持在低位或高位。在这两种情况下,在下一个写入序列之前,必须将其调高至少33 ns,以便SYNC可以启动下一个写序列。因为同步缓冲区在V=2.4V时比在V=2.4V时吸收更多电流在V=0.8 V,写入序列之间的同步应低怠速,以实现更低的功率操作。然而,正如前面提到的,它必须在下一个写入序列之前再次调高。

输入移位寄存器

输入移位寄存器的宽度为24位(见图34)。前六位不重要。接下来的两个是控制部件工作模式的控制位(正常模式或三种断电模式中的任何一种)。有关各种模式的更完整说明,请参阅“断电模式”部分。接下来的16位是数据位。它们被传送到SCLK 24下降沿上的DAC寄存器。

同步中断

在正常的写入序列中,同步线在SCLK的至少24个下降沿保持低电平,并且DAC在24个下降沿上更新。但是,如果同步在24下降沿之前被调高,这将作为写入序列的中断。移位寄存器被重置,写入序列被视为无效。DAC寄存器内容的更新和操作模式的改变都不会发生(见图35)。

上电复位

AD5662系列包含一个通电复位电路,在通电期间控制输出电压。AD5662x-1 DAC输出功率高达0 V,AD5662x-2 DAC输出功率高达中刻度。在对DAC进行有效的写入序列之前,输出一直保持在那里。这在应用程序中非常有用,因为在DAC通电过程中,了解其输出的状态非常重要。

断电模式

AD5662包含四种独立的操作模式。通过在控制寄存器中设置两位(DB17和DB16),这些模式是软件可编程的。表5显示了位的状态如何对应于设备的操作模式。

当两个位都设置为0时,该部件在5V时正常工作,其正常功耗为250μA。然而,对于三种断电模式,电源电流在5V时下降到480Na(3V时为100Na)。不仅电源电流下降,而且输出级也从放大器的输出内部切换到已知值的电阻网络。这样的优点是,当部件处于断电模式时,部件的输出阻抗是已知的。输出可以通过1kΩ或100kΩ电阻器内部连接到GND,也可以左开路(三态)(见图36)。

当电源关闭模式被激活时,偏置发生器、输出放大器、电阻串和其他相关的线性电路被关闭。但是,在断电时,DAC寄存器的内容不受影响。退出电源的时间通常为4μs,V=5 V,V=3 V(见图24)。

微处理器接口

AD5662至Blackfin®ADSP-BF53x接口

图37显示了AD5662和Blackfin ADSP-BF53x微处理器之间的串行接口。ADSP-BF53x处理器系列包含两个用于串行和多处理器通信的双通道同步串行端口SPORT1和SPORT0。使用SPORT0连接到AD5662,接口设置如下。DT0PRI驱动AD5662的DIN引脚,而TSCLK0驱动部件的SCLK。同步是由TFS0驱动的。

AD5662至68HC11/68L11接口

图38显示了AD5662和68HC11/68L11微控制器之间的串行接口。68HC11/68L11的SCK驱动AD5662的SCLK,而MOSI输出驱动DAC的串行数据线。

同步信号来自端口线(PC7)。此接口正确操作的设置条件如下。68HC11/68L11的CPOL位配置为0,CPHA位配置为1。当数据传输到DAC时,同步线处于低位(PC7)。当68HC11/68L11如上所述配置时,出现在MOSI输出上的数据在SCK的下降沿上是有效的。68HC11/68L11的串行数据以8位字节传输,在传输周期中仅出现8个下降的时钟边缘。首先传输数据MSB。为了将数据加载到AD5662,在第一个8位被传输之后,PC7保持低位,并且对DAC执行第二个串行写入操作;在该过程结束时,PC7被取高位。

AD5662至80C51/80L51接口AD5662至MICROWIRE接口

图39显示了AD5662和80C51/80L51微控制器之间的串行接口。接口的设置如下。80C51/80L51的TxD驱动AD5662的SCLK,而RxD驱动部件的串行数据线。同步信号再次来自端口上的位可编程管脚。在这种情况下,使用端口线P3.3。当数据要发送到AD5662时,P3.3取低。80C51/80L51仅以8位字节发送数据;因此在发送周期中仅出现8个下降的时钟边缘。为了将数据加载到DAC,P3.3在前8位被发送后保持低电平,并且启动第二个写入周期来发送数据的第二字节。P3.3在本循环完成后升高。80C51/80L51以首先具有LSB的格式输出串行数据。AD5662必须先接收带有MSB的数据。80C51/80L51传输例程应考虑到这一点。

图40显示了AD5662和任何微线兼容设备之间的接口。串行数据在串行时钟的下降沿上移位,并被记录到AD5662中在SK的上升边缘。

应用

为AD5662选择参考

为了从AD5662获得最佳性能,应考虑选择一个精确的电压基准。AD5662只有一个参考输入V。参考输入上的电压用于向DAC提供正输入。因此,参考中的任何错误都会反映在DAC中。

在为高精度应用选择电压基准时,误差源有初始精度、ppm漂移、长期漂移和输出电压噪声。DAC输出电压的初始精度会导致DAC的满标度误差。为了尽量减少这些误差,首选具有高初始精度的基准。此外,选择具有输出微调调整的参考(如ADR423)允许系统设计师通过将参考电压设置为标称电压以外的电压来微调系统误差。微调调整也可在温度下用于微调任何误差。

长期漂移是测量参考漂移随时间变化的程度。具有严格的长期漂移规范的参考可以确保整个解决方案在其整个生命周期内保持相对稳定。

基准输出电压效应的温度系数,包括L、DNL和TUE。应选择具有严格温度系数规范的基准,以降低环境条件下DAC输出电压的温度依赖性。

在噪声预算相对较低的高精度应用中,需要考虑参考输出电压噪声。选择一个输出噪声电压尽可能低的参考电压对于系统噪声分辨率的要求非常重要。ADR425等精密电压基准在0.1Hz至10Hz范围内产生低输出噪声。表6给出了AD5662的推荐精度参考值示例。

使用参考作为AD5662的电源

由于AD5662所需的电源电流极低,另一种选择是使用电压基准向部件提供所需的电压(见图41)。如果电源噪声很大,或者系统电源电压不是5V或3V,例如15V,则这一点尤其有用。电压基准输出AD5662的稳定电源电压;有关合适的基准,请参阅表6。如果使用低压差REF195,它必须向AD5662提供250μA的电流,而DAC的输出没有负载。当DAC输出被加载时,REF195也需要向负载提供电流。所需的总电流(DAC输出上有5 kΩ负载)为250μA+(5 V/5 kΩ)=1.25毫安,REF195的负载调节通常为2ppm/mA,这会导致从其引出的1.25ma电流出现2.5ppm(12.5μV)的误差。这对应于0.164 LSB错误。

使用AD5662的双极操作

AD5662设计用于单电源操作,但也可以使用图42中的电路实现双极输出范围。该电路的输出电压范围为±5 V。使用AD820或OP295作为输出放大器,可以实现放大器输出时的轨对轨操作。

任何输入代码的输出电压可以计算如下:

其中D表示十进制的输入代码(0到65535)。当V=5 V,R1=R2=10 kΩ时,

这是一个±5 V的输出电压范围,0x0000对应于-5 V输出,0xFFFF对应于+5 V输出。

使用AD5662作为隔离、可编程、4-20毫安的过程控制器

在许多过程控制系统的应用中,二线制电流变送器被用来通过噪声环境传输模拟信号。这些电流变送器使用4毫安的零刻度信号电流,可以为变送器的信号调节电路供电。这些发射机的满标度输出信号为20毫安。也可以使用逆过程控制方法;可以使用低功率、可编程的电流源来控制回路中远程定位的传感器或设备。

执行此功能的电路如图43所示。使用AD5662作为控制器,该电路提供4至20毫安的可编程输出电流,与DAC的数字代码成比例。为控制器提供偏压

ADR02不需要外部微调的原因有两个:(1)ADR02的初始输出电压公差小;(2)AD8627和AD5662的电源电流消耗低。整个电路,包括光耦合器,从4毫安的总预算消耗不到3毫安。AD8627调节输出电流以满足AD8627的非旋转节点处的电流总和。

IOUT = 1/R7 (VDAC × R3/R1 + VREF × R3/R2)

对于图43所示的值,IOUT = 0.2435 μA × D + 4 mA。

其中D=0≤D≤65535,当AD5662的数字代码等于0xFFFF时,给出20毫安的满标度输出电流。4毫安时的偏移微调由P2提供,而P1在20毫安时提供电路的增益微调。因为AD8627的非垂直输入在虚拟地面上,所以这两个trim不相互作用。该电路中需要肖特基二极管D1,以防止环路供电瞬态将AD8627的非转换输入拉低到其逆变输入300毫伏以上。如果没有这个二极管,这种瞬态可能会导致AD8627的相位反转和控制器的锁存。电路的环路电源电压顺应性受到施加到ADR02的最大施加电压的限制,从12 V到40 V。

使用带有电隔离接口的AD5662

在工业环境中的过程控制应用中,通常需要使用电隔离接口来保护和隔离控制电路,使其免受DAC工作区域可能出现的任何危险共模电压的影响。等耦器提供超过3千伏。AD5662使用3线串行逻辑接口,因此ADuM130x 3通道数字隔离器提供所需的隔离(见图44)。该部分的电源也需要隔离,这是通过使用变压器来完成的。在变压器的DAC侧,一个5 V稳压器提供AD5662所需的5 V电源。

电源旁路及接地

当准确度在电路中很重要时,仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局是有帮助的。包含AD5662的印刷电路板应具有单独的模拟和数字部分,每个部分都有自己的电路板区域。如果AD5662位于其他设备需要AGND到DGND连接的系统中,则应仅在一个点进行连接。该接地点应尽可能靠近AD5662。

应使用10μF和0.1μF电容器绕过AD5662的电源。电容器应尽可能靠近设备,理想情况下0.1μF电容器正对着设备。10μF电容器为钽珠型。重要的是,0.1μF电容器必须具有低有效串联电阻(ESR)和有效串联电感(ESI),例如,普通陶瓷电容器。该0.1μF电容器为内部逻辑开关产生的瞬态电流引起的高频提供了低阻抗接地路径。

电源线本身应具有尽可能大的轨迹,以提供低阻抗路径并减少对电源线的故障影响。时钟和其他快速开关数字信号应通过数字接地与电路板的其他部分屏蔽。尽可能避免数字和模拟信号交叉。当轨迹在板的相对侧交叉时,确保它们彼此成直角运行,以减少通过板的馈通效应。最佳的电路板布局技术是微带技术,其中电路板的组件侧仅用于接地平面,而信号迹线放置在焊料侧。然而,这不是总是可以用两层板。

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