并行D/A转换器件AD5547及其接口设计

概述

AD5547是美国AD(ANALOG DEVICES)公司推出的一种并行双通道低功耗电流输出型D/A转换芯片，主要具以下特点：

16位，适用于自动测试系统、仪器仪表及数字波形发生器

4MHz频宽，4象限乘法型数模转换器

2.7 V ~ 5.5 V宽工作电压

0.5 μs建立时间

内建反馈电阻，可实现电流电压转换输出

V REF =10V时，内建4象限电阻可实现0 V～ ? 10 V，0 V～+10 V及 ±10 V 输出

启动时，0刻度或中间刻度输出可选

宽工作温度范围：?40℃～+125℃

AD5547设计为单+5 V工作电压，可外接±10 V的参考电压提供4MHz频宽的信号输出。内置4象限电阻有利于阻抗匹配和减少温漂，可限度地减少多象限应用中所需的分立元件。同时元件内部提供反馈电阻 (R FB ) 结合外部电容可方便选择电流或电压输出。除在电流输出型DAC中常见的精密转换电阻R FB 外，片内还有3个额外的精密电阻用于4象限双极性扩展应用。

在每个逻辑输入管脚均包含一个静电放电保护的反向齐纳管，因此输入管脚的逻辑输入电压不能高于电源电压。

AD5547采用紧凑型TSSOP-38封装可有效减少元件尺寸，具有?40℃至+125℃极宽的温度适应范围，可应用于绝大多数工业应用场合。

AD5547的基本结构和其引脚功能

图1 AD5547的内部结构图 表1 AD5547各引脚功能

D/A转换区域介绍

AD5547器件内部D/A转换区域等效电路如图2，其中的两组高R-2R梯度电阻网络组成转换的12位低有效位，高4位有效位由阻值为2R的15段电阻编码形成。16段电阻及R-2R梯形电阻网络中的电 阻均提供十六分之一满刻度电流。反馈电阻 R FB 及四象限电阻ROFSZ 阻值均为10KΩ，另外的两个四象限电阻R1、R2为5KΩ。在四象限工作状态下，R1和R2与外部运放共同翻转参考电平，同时将其输入参考电平管脚，从而实现DAC的不同输出。

图2 AD5547 DAC电路等效图

参考电平输入管脚的输入电阻为5KΩ± 20%。DAC的输出即I OUT 的阻抗取决于输出的配置，必须根据AD5547的输出阻抗的差异选择合适外部运放以取得好实际效果。反馈电阻与DAC梯形电阻网络一起决定 输出电压的噪声。为获得良好的模拟性能，可在芯片的电源电路中旁接一个0.01到0.1微法的瓷片电容 及一个1微法钽电容，同时通过V REF 及R FB 之间PCB布线匹配减少增益误差。

DAC内部每次编码的变换对应于一个阶梯函数；如果运放的增益带宽乘积有限及反向节点的寄生电容的过大均会导致输出变换时产生尖峰。因此需要在I-V转换运放和输出节点间添加一补偿电容来平滑转换，根据经验20pF的电容器就能满足要求。

Vdd电源主要用于通过驱动DAC转换网络开关，当操作电压下降一定幅度时，会引起输出的下降。同时尽量不使用开关稳压器为芯片提供电源，以免元件高速工作时电源供应的效率降低。

数字电路部分

AD5547具有16位并行数据接口，器件采用双级缓冲的方式允许多片元件级联使用时片内数据同步更新。在写信号的下降沿，数据直接从数据总线中载入输入寄存器；在LDAC信号的上升沿，输入寄存器中的信号进入DAC寄存器，同步更新DAC的输出。如果不需要使用双缓冲模式，可通过将写控制信号箝位到低信号、LDAC信号上拉到高信号。异步的复位信号在MSB输入为零时使DAC输出信号为值；当MSB为高电平时DAC输出为中间值。

参考电平选择

参考电平的初始及额定输出值决定器件输出，由于电压基准的输出电压往往可以通过外部电路进行调整，因此参考电平的初始的重要性往往排在次要位置，而传感器的零点误差也能通过标准的运算放大器的校零技术化，因此设计中主要考虑器件的温度系数和长期漂移。

假 如一个具有5ppm/℃温度系数的5伏的参考电压，就意味着输出具有25μV/℃的变化。如果该电路工作温度为55℃，将会导致750μV的满幅 度误差。同样，如果这个基准电压具有 ±50 ppm的长期漂移就意味着在整 个工作时间，输出可能会有±250μV的变化。因此实际使用中周期性对系统进行校准是保持的一个比较好的方法。

AD5547在激光标刻控制卡中的应用

AD5547的具有转换速度快、高、低功耗、16位数据总线以及双寄存器等特点，其接口电路简单，在各种工业控制系统中具普遍应用价值。我们针对大幅面高激光标刻应用领域的要求，采用AD5547设计了具有4路DA输出的基于PCI的控制卡，在实际使用中效果良好。

接口控制逻辑设计

AD5547控制逻辑采用A0、A1地址译码方式实现对两路DAC的选择，实现DACA、DACB及DACA与DACB同时选通三种不同工作状态的转换。本控制卡方案由12位AD7847及AD7547升级设计而来，在控制方式上较之原卡的DAC直接选通工作方式更为复杂。在控制逻辑方面，对通道选择信号需要进行重新译码，控制表对比如图3。

在两种控制卡设计中的控制逻辑对比如表，控制逻辑的完善通过表2内的转换公式实现，转换逻辑的CPLD实现电路如图4。

实用效果分析

基于AD5547的PCI控制卡在具有快速的相应时间和控制如图5，它广泛适用于各种控制应用。控制卡中采用AD5547及TLE2144组成电压型D/A转换电路，建立时间约0.5毫秒。控制卡工作性能稳定，响应速度快，取得较好的应用效果。