具有16通道的8位DAC芯片AD860016-Channel,8-BitMultiplyingDACAD8600

     摘要：AD8600是含有16个可独立寻址的电压输出型D/A转换器芯片，每一个DAC都具有各自的DAC 寄存器和输入寄存器，但所有的DAC共用一个基准输入电压。该芯片采用单片CBCMOS技术，因而综合了CMOS在逻辑电路和双极性在速度与精度方面的性能。本文介绍了AD8600的工作原理及应用电路。

    1. 引言

    AD8600是包含16个可各自独立寻址的电压输出型D/A转换器芯片，这些DAC共用一个外部基准输入电压，但每一个DAC都具有各自的DAC寄存器和输入寄存器，以实现双缓冲功能。芯片（其功能方框图如图1所示）的数字接口部分包括一个8位并行数据输入端、四根地址信号线以及

、、、、及

    控制信号线等。

      该芯片采用单片CBCMOS技术，它综合了CMOS在逻辑电路和双极性在速度与精度方面的性能。 AD8600一般工作于5V单电源，但有时为了扩展输出范围，也可采用±6V双电源工作。为了能与单电源工作方式理想配合， DAC可被设计成电压工作模式。对于电压输出范围，内部DAC固定为从DACGND到

，而电压缓冲器可由地延伸到（Vcc-1.0）V。此外，基准输入电压和数字输入电压的变化可在2μs内稳定到±1LSB。

    AD8600不仅具有高速的数据装载率，还具有读回数据的特殊功能。因此，该芯片可以较多领域中得到广泛应用。如在相阵式超声和声纳应用中，可以采用 AD8600设定功率水平及接收器增益；而在自动测试仪器中，可将AD8600用于输出偏移和增益的自动调整。

    2.芯片封装与引脚功能

     AD8600芯片采用PLCC-44封装形式，其引脚排列如图2所示，引脚功能如表1所列。

     3.工作原理

    AD8600若要获得更大的摆幅输出，应工作于±5V或者7V单电源。芯片所有的DAC 都是基于特有的R-2R梯形电路结构，这样可以消除在代码切换时基准注入电流到地的可能性。每个8位DAC 都带有一个输出放大器，这样就可获得16个低阻抗输出。采用单一外部基准，通过并行数字接口就可对 16路独立的直流输出电平编程。接口部分包括4个地址引脚（A0-A3），8 个数据引脚（DB0-DB7），一个读/写选择引脚(

)，一个使能时钟选通引脚(，一个DAC寄存器装入选通引脚()和一个片选引脚()。另外，芯片还提供了一个复位引脚(      )，可非同步地将所有16个DAC复位成0V输出。

    3.1 DAC单元

    内部DAC为8位电压输出型单元，输出电压摆幅在DACGND至外部基准电压

之间。图3是一路 DAC的等效框图。采用R-2R梯形结构，可保证元件在整个温度范围内的精密度和线性度。采用N沟道和P沟道的MOSFET，可使基准电压的选择具有最大的灵活和最宽的输入范围。为了保持R-2R梯形电路的精度，要求MOSFET开关有较低的接通电阻且相互间应良好匹配。

    3.2 放大器单元

    DAC梯形电路的输出要经过轨对轨输出放大器缓冲。此放大器等效于一个单位增益的跟随器，如图3所示。放大器的输入级包含一个差动PNP对管，可用于降低失调漂移和噪声。图4所示为输出级，它采用互补双极型晶体管并将集电极都连接到输出端，因而实现了轨对轨输出。当输出达到负轨电压时， NPN晶体管进入饱和状态。在单电源供电时，输出的最低电压会受晶体管饱和电压的限制。对 AD8600来说，其饱和电压大约为40mV。与ADI的其他一些DAC（例如AD8582）相比， AD8600不能摆向正轨输出。虽然放大器的输出级确实能摆向正轨输出，但由于受到输入级的限制，输出只能摆向大约(Vcc-1.0)V。

    正常工作期间，输出级通常可提供和吸收±lmA的电流。然而，实际的短路电流将更大。事实上，在短路状态下，任一 DAC都能提供20mA或吸收8mA的电流。从绝对极限值看，AD8600最多只能有四个ADC同时被短路。这一约束条件是金属引线中的电流密度所引起的，如果电流密度太大，引线中的压降会降低封装内其他 DAC的线性性能。因此，为确保芯片工作的可靠性，同时短路的DAC不能多于四个。

    4. 典型应用

    4.1 AD8600与68HC11微控制器的接口

    68HC11是Motorola公司生产的通用微控制器，它与AD8600很容易接口。其连接部分如图5所示。68HC11的通道C可用作双向输入/输出数据通道，即可对AD8600进行读和写操作；通道B可用于寻址和控制，其低4位是地址线，高4位是控制线（

）。在8HC11的程序设计中，除了需考虑每一步所实现的功能外。还应包括以下三个子程序：（1）从AD8600 中读取数据；（2）往AD8600中写入数据；（3）产生锯齿波的连续循环，一般在应用中将使用到该循环。

    4.2  与AD600的组合

    通过AD8600产生控制信号来设定AD600的增益，可以得到理想的效果。AD600是一种宽带、低噪声的可变放大器，该芯片（类似的芯片有 AD602和AD603）常被用于超声方面，在此应用中要求增益能随时间变化。在超声脉冲发出之后，近距离物体的反射波强度要比远距离物体强得多，为了能准确地分辨远处物体，其增益就必须比近处物体的增益大。另外，由于远处物体反射回来的信号要花更长的时间才能到达超声探测器，因此增益必须随时间的增加而增大。

    AD600要用直流电压来调整其增益，并需超过40dB的范围。若要两倍于此增益范围，则可将两个可变增益放大器串联，以获得 80dB的增益范围。使用AD8600产生的斜波输出信号可控制AD600的增益，而斜波信号的斜率取决于超声信号的延迟时间。在超声应用中，一般要求有多通道，所以 AD8600在此领域中是理想的。

    图6所示电路为增益随时间变化的放大器，AD8600的增益受差动输入端C1LO和C1HI控制其增益常数为32dB/V。这样要获得40dB 的增益，差动控制输入电压就必须为1.25V，因此，在该应用中，C1LO的输入电压设定为1.25V的中值电压0.625V，这可由REF43 引出的简单分压器给出；对于AD8600输出端所产生的0V到1.25V的斜波信号，分其一半作为输入送给C1HI。这样斜波扫描所得到的增益范围就是从 0dB到40dB。如前所述，此处的斜波信号是利用“斜波”子程序控制68HC11而产生的，其斜率很容易被加大，只要在循环之中增加一些延时，或者用每步变化 2LSBs以上来替换现在的1LSB就可实现。