低功耗满幅输出12位串行数模转换器DAC7512及其应

ＤＡＣ７５１２是ＴＩ公司生产的具有内置缓冲放大器的低功耗单片１２位数模转换器。其片内高精度的输出放大器可获得满幅（供电电源电压与地电压间）任意输出。ＤＡＣ７５１２带有一个时钟达３０ＭＨｚ的通用三线串行接口，因而可接入高速ＤＳＰ。其接口与ＳＰＩ、ＱＳＰＩ、Ｍｉｃｒｏｗｉｒｅ及ＤＳＰ接口兼容，因而可与ｉｎｔｅｌ系列单片机、Ｍｏｔｏｒｏｌａ系列单片机直接连接而无需任何其它接口电路。 由于ＤＡＣ７５１２串行数模转换器可选择供电电源来作为参考电压，因而具有很宽的动态输出范围，此外，ＤＡＣ７５１２数模转换器还具有三种关断工作模式。正常工作状态下，ＤＡＣ７５１２在５Ｖ电压下的功耗仅为０．７ｍＷ，而省电状态下的功耗为１μＷ。因此，低功耗的ＤＡＣ７５１２无疑是便携式电池供电设备的理想器件。 １　主要特性 ＤＡＣ７５１２的主要特点如下： ●微功耗，５Ｖ时的工作电流消耗为１３５μＡ（ＤＡＣ７５１２）； ●在掉电模式时，如果采用５Ｖ电源供电，其电流消耗为１３５ｎＡ，而采用３Ｖ供电时，其电流消耗仅为５０ｎＡ； ●供电电压范围为＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ； ●上电输出复位后输出为０Ｖ； ●具有三种关断工作模式可供选择，５Ｖ电压下的功耗仅为０．７ｍＷ； ●带有低功耗施密特输入串行接口 ； ●内置满幅输出的缓冲放大器； ●具有ＳＹＮＣ中断保护机制。 ２　引脚功能 采用ＳＯＴ２３－５封装的ＤＡＣ７５１２的引脚排列如图１所示。其引脚定义如下： ＶＯＵＴ：芯片模拟输出电压； ＧＮＤ：器件内所有电路的地参考点； ＶＤＤ：供电电源，直流＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ； ＤＩＮ：串行数据输入； ＳＣＬＫ：串行时钟输入； ＳＹＮＣ：输入控制信号（低电平有效）。 ３ 内部结构 ＤＡＣ７５１２的组成框图如图２所示。图中的输入控制逻辑用于控制ＤＡＣ寄存器的写操作，掉电控制逻辑与电阻网络一起用来设置器件的工作模式，即选择正常输出还是把输出端与缓冲放大器断开，而接入固定电阻。芯片内的缓冲放大器具有满幅输出特性，可驱动２ｋΩ及１０００ｐＦ的并联负载。 ４　接口工作模式 ＤＡＣ７５１２采用三线制（ＳＹＮＣ，ＳＣＬＫ及ＤＩＮ）串行接口， 其串行写操作时序如图３所示。写操作开始前，ＳＹＮＣ要置低，ＤＩＮ的数据在串行时钟ＳＣＬＫ的下降沿依次移入１６位寄存器。在串行时钟的第１６个下降沿到来时，将最后一位移入寄存器，可实现对工作模式的设置及ＤＡＣ内容的刷新，从而完成一个写周期的操作。此时，ＳＹＮＣ可保持低电平或置高，但在下一个写周期开始前，ＳＹＮＣ必须转为高电平并至少保持３３ｎｓ以便ＳＹＮＣ有时间产生下降沿来启动下一个写周期。若 ＳＹＮＣ在一个写周期内转为高电平，则本次写操作失败，寄存器强行复位。由于施密特缓冲器在ＳＹＮＣ高电平时的电流消耗大于低电平时的电流消耗，因此，在两次写操作之间，应把ＳＹＮＣ置低以降低功耗。 ＤＡＣ７５１２的片内移位寄存器宽度为１６位，其中ＤＢ１５、ＤＢ１４是空闲位，ＤＢ１３、ＤＢ１２是工作模式选择位、ＤＢ１１～ＤＢ０是数据位。器件内部带有上电复位电路。上电后，寄存器置０，所以ＤＡＣ７５１２处于正常工作模式，模拟输出电压为０Ｖ。 ＤＡＣ７５１２的四种工作模式可由寄存器内的ＤＢ１３、ＤＢ１２来控制。其控制关系如表１所列。 表1 DAC7512的工作模式选择 DB13 DB12 工 作 模 式 0 0 工 作 模 式 0 1 掉电模式 输出端1kΩ到地 1 0 输出端100kΩ到地 1 1 高阻 掉电模式下，不仅器件功耗要减小，而且缓冲放大器的输出级通过内部电阻网络接到１ｋΩ、１００ｋΩ或开路。而处于掉电模式时，所有的线性电路都断开，但寄存器内的数据不受影响。５　与微处理器的接口 ＤＡＣ７５１２与８０５１微控制器的接口如图４所示。图中，８０５１的ＴＸＤ驱动ＤＡＣ７５１２的ＳＣＬＫ，而ＲＸＤ则驱动ＤＡＣ７５１２的串行数据线。设计时可用８０５１的一个Ｉ／Ｏ位（如Ｐ３．３）作为ＳＹＮＣ信号。在数据传输期间，Ｐ３．３要保持低电平。由于８０５１的ＴＸＤ脚输出时是低位在前，而ＤＡＣ７５１２片内寄存器接收时是高位在前，故在传送数据前，应当用软件把数据调整好。 由于８０５１一次只能传输８位数据。因此，在一个写周期内，应当用８个时钟在其下降沿把数据写入ＤＡＣ７５１２。写数据时，ＭＳＢ在前。由于ＤＡＣ７５１２内有１６位寄存器，故在写完第一个字节后，Ｐ３．３仍然要保持低电平，以便传输第二个字节。