【導讀】在測試測量設備開(kāi)發(fā)應用中，如何實(shí)現信號鏈DC Offset的補償，以及如何獲得高精度靈活可調電壓輸出一直都是系統設計者需要克服的困難。在本文中，我們將探討TI新一代多通道DAC——DAC80508在諸如示波器、電池測試系統等測試測量設備中的實(shí)現上述功能的優(yōu)勢。
TI的最新一代DAC產(chǎn)品，可在需要小尺寸和高性能要求的情況下實(shí)現高密度和多通道精確電壓輸出的解決方案。如今市場(chǎng)上的測試測量設備例如電池測試設備Battery Tester，數字示波器DSO，以及半導體測試儀器ATE等都會(huì )有多通道模擬參考電壓輸出的需求。而目前的DAC也存在一些缺點(diǎn)：高噪聲，高功耗，缺乏靈活性等。這些缺點(diǎn)可以通過(guò)使用TI新一代DAC0508來(lái)克服。如圖1所示是TI新一代DAC80508與市場(chǎng)已有方案的一些基本參數的對比。
圖1 DAC80508 市場(chǎng)競爭分析表
下面我們將詳細探討DAC80508的具體特點(diǎn)：
1.小封裝多路輸出：
工程師在測試測量應用中更頻繁地使用高通道數的DAC或者利用單通道外加多路復用器的架構，而單個(gè)組件的尺寸對于最大化這些系統中的通道密度非常重要。 TI的經(jīng)典產(chǎn)品DAC8560搭載CD74HC4051多路復用器，并通過(guò)多個(gè)通道間的切換來(lái)實(shí)現多路模擬量的輸出。
最新發(fā)布的具有多路模擬輸出DAC參考設計（見(jiàn)圖2），實(shí)現了8通道高集成度模擬量輸出，在示波器16通道數字邏輯分析儀參考電壓需求具有突出小型的整體尺寸和高精度性能。DACx0508系列使設計人員能夠創(chuàng )建具有最高性能的密集型，高通道數數字邏輯分析儀的解決方案。例如，DAC80508ZYZFT采用2.4mm x 2.4mm裸片尺寸的球柵陣列（DSBGA）封裝提供了八個(gè)16位電壓DAC通道，提供了最小尺寸的16位當今市場(chǎng)上的通道高性能DAC。該系列使TI產(chǎn)品組合在尺寸，性能方面更具競爭力。小巧的設備尺寸加上創(chuàng )新的測試和制造技術(shù)，可節省成本，使該系列產(chǎn)品在價(jià)格上也具有競爭力。
● 1 LSB INL以16位分辨率實(shí)現最高的精度；
● 2.5 V高精度內部基準電壓，典型值為5 ppm /°C；
● 2.4 x 2.4 mm的BGA封裝是16位，多通道DAC可用的最小封裝；
圖2 單通道DAC與多通道DAC布局對比
這種小封裝的產(chǎn)品特點(diǎn)對于16通道數字邏輯分析儀，多通道電壓輸出電池測量?jì)x以及多通道半導體電壓電流測試設備有著(zhù)非常大的優(yōu)勢，可以最大程度上降低對PCB布局的嚴格要求。也是新一代測試測量設備的一個(gè)重要需求方向。
2.高精度高集成度：
當一個(gè)集成度較低的DAC在實(shí)際產(chǎn)品應用中應該考慮的因素較多。如圖3所示，DAC的獨立參考電壓由外部的標準供電生成，而且重要的是需要對參考電壓有著(zhù)嚴格的要求，尤其是其溫漂性能以及負載偏移率；另外DAC的輸出增益調節也是需要有單獨的buffer進(jìn)行調理，同時(shí)高精度buffer的供電也要有低噪聲LDO供電；如果在單通道DAC基礎上實(shí)現多通道輸出，則不可避免的要引入多路復用器，正如前面所介紹的內容，多路復用器的引入會(huì )在布板面積上占據過(guò)多的空間，而且必須要考慮的還有器件本身引入的噪聲以及通道間的干擾問(wèn)題。在高密度元器件布局的DSO中，過(guò)多的元器件也就意味著(zhù)過(guò)多的損耗的增加，這不僅僅會(huì )增加整體電源的功率要求，同時(shí)也會(huì )由于過(guò)多的損耗導致局部溫升明顯，對于一些溫度參數較為敏感的元器件會(huì )因此犧牲過(guò)多的性能參數。
圖3 單通道DAC應用系統圖
DACx0508 是低功耗八通道緩沖電壓輸出數模轉換器(DAC) 引腳兼容系列中的一員，具有 16/14/12 分辨率。如圖4所示，DACx0508 包括一個(gè) 2.5V（5ppm/°C）內部基電壓準，消除了大多數 應用中所需的外部精密基準。用戶(hù)可選增益配置提供 1.25V（增益 = ½）、2.5V（增益= 1）或 5V（增益 = 2）滿(mǎn)量程輸出電壓。該器件由單個(gè) 2.7V 至 5.5V 電源供電，具有單調性，并能提供 ±1LSB INL 的高線(xiàn)性度。DACx0508 通過(guò)一個(gè)運行時(shí)鐘速率高達 50MHz 的串行接口進(jìn)行通信。VIO 引腳使串行接口可在 1.7V 至5.5V 范圍內運行。DACx0508 靈活接口支持使用廣泛的行業(yè)標準微處理器和微控制器。
DACx0508 采用了上電復位電路，以便進(jìn)行上電并將DAC 輸出保持在零電平或中間電平。該器件能耗低至 0.6mA/通道(5.5V) 的電流，因此非常適用于依靠電池供電的設備。如果按通道斷電功能分析，器件電流消耗量將降低至 15µA。
圖4 DAC80508應用系統圖
在多功能，高集成度化的市場(chǎng)趨勢下，電池測試設備以及DSO中數字邏輯分析儀可以在很大程度上弱化對DAC外部電源與緩沖器的需求，集成的內部增益參數配置使得DAC的輸出變得更加靈活，加上高精度的優(yōu)勢，使得這種高集成度的IC 越來(lái)越受市場(chǎng)的歡迎。
3.多通道無(wú)縫切換：
當單通道DAC輸出多路模擬電壓量時(shí)搭配信號多路復用器使用時(shí)，尤其在不同的通道間進(jìn)行切換時(shí)，在其輸出端會(huì )產(chǎn)生微小電壓毛刺或反沖。該反沖與多路復用器的開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間、導通電阻以及負載電容成函數關(guān)系。具有低導通電阻的大開(kāi)關(guān)通常需采用大輸出電容，而每次輸入端開(kāi)關(guān)時(shí)，都必須將其充電至新電壓。如果輸出未能建立至新電壓，則將產(chǎn)生串擾誤差。因此，多路復用器帶寬必須足夠大，且多路復用器輸入端必須使用緩沖放大器或大電容，才能建立至滿(mǎn)量程階躍。此外，流過(guò)導通電阻的漏電流將產(chǎn)生增益誤差，因此這兩者都應盡可能小。如果想詳細了解可以參考《模擬開(kāi)關(guān)和多路復用器基礎參數介紹》。
圖5 受鄰近切換通道影響的靜態(tài)通道的波形
從圖5中可以看出，靜態(tài)通道輸出上因為鄰近通道切換而出現尖峰。示波器在每個(gè)大約 100μs 的短時(shí)間段內的測量結果為 ±3.5mV 左右。-85dB 的 MUX 通道間隔離應會(huì )在轉換過(guò)程中產(chǎn)生 ±1.7mV 左右的尖峰。
而如果采用DAC80508多通道DAC集成器件，則無(wú)需考慮外部多路復用器切換造成的影響，從DAC80508的數據表格（如圖6）中可以看到cross talk的參數，其DC crosstalk僅10uV。
圖6 DACx0508 通道間Crosstalk參數
同時(shí)，我們也可以從測試數據中得到各通道間的干擾情況，如圖7所示，這是在Gain = 1情況下進(jìn)行的測量結果。
圖7 受鄰近切換通道影響的靜態(tài)通道的波形
從圖中可以看出，靜態(tài)通道輸出上也會(huì )存在因為鄰近通道切換而出現尖峰。但是示波器在大約 4μs 的短時(shí)間段內的測量結果為 400uV MAX。同時(shí)也不要忽略由于示波器精度的原因而產(chǎn)生的誤差。從對比結果上也能清楚的看到，在多通道集成的DAC80508擁有優(yōu)秀的crosstalk性能，為多通道模擬輸出提供較高的性能提升。這種多通道獨立模擬輸出架構，會(huì )有效降低通道切換時(shí)引入的尖峰電壓。在DSO中的16通道數字邏輯分析儀，以及用于調節偏置的多路參考電壓的生成擁有先天的低噪，低干擾的優(yōu)勢。詳細內容可以參考：DAC80508 Reference Design
綜上所述，DAC80508 多通道 16bit 高精度，集成參考電壓，增益調節，寬電壓范圍輸出的新一代DAC產(chǎn)品，憑借其特有的性能指標，將有效提高測試測量設備的產(chǎn)品性能。
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