大量設(shè)備都使用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)來實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能。高精度、電壓輸出DAC的常見應(yīng)用有儀器儀表、自動(dòng)測(cè)試以及測(cè)試/測(cè)量設(shè)備。在這些應(yīng)用中，DAC產(chǎn)生直流電壓或任意波形。

對(duì)于這些電路，使用電壓輸出DAC進(jìn)行設(shè)計(jì)的最具挑戰(zhàn)的部分就是真實(shí)了解這種怪獸在其規(guī)定精度范圍之內(nèi)到底能夠跑多快。如果某款設(shè)備的時(shí)鐘頻率為50MHz，那么就電壓輸出更新速度來說，這意味著什么？或者，除了知道時(shí)鐘頻率之外，還需要更多信息嗎？

電壓輸出DAC采用FIFO方式，也就是先進(jìn)先出(圖1)。通常情況下，用戶將DAC的輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(DIN)裝載到DAC內(nèi)部串行輸入寄存器，而將之前的數(shù)據(jù)編碼鎖存到N位DAC。

圖1. 高精度、電壓輸出DAC的通用方框圖

LDAC(裝載DAC)引腳為高電平時(shí)，串行數(shù)據(jù)流與SCLK(串行時(shí)鐘)配合，裝載DAC的串行輸入寄存器(圖2)。輸入寄存器填滿之后，LDAC低電平則將串行輸入寄存器裝載到N位數(shù)據(jù)鎖存器。LDAC再次變?yōu)楦唠娖剑?a href="http://www.asorrir.com/analog/" target="_blank">模擬輸出電壓通過OUT引腳輸出并穩(wěn)定到最終值。在建立時(shí)間期間，串行輸入寄存器接收下一個(gè)編碼。

圖2. 高精度、電壓輸出DAC的通用時(shí)序圖

理想情況下，DAC的理論吞吐速度等于SCLK/N，其中SCLK為外部時(shí)鐘速率，N為DAC的位數(shù)。例如，對(duì)于16位DAC，最大時(shí)鐘速率為50MHz，吞吐率為50MHz/16，即3.125MHz。

這是很了不起的DAC吞吐率！然而，這是非常不現(xiàn)實(shí)的，特別是如果您將模擬輸出電壓設(shè)置為滿幅或滿擺幅輸出。在這種情況下，您需要時(shí)間使輸出穩(wěn)定到其滿幅值。

建立時(shí)間決定一切

所以，我們還是回到現(xiàn)實(shí)吧。高精度應(yīng)用中的建立時(shí)間決定DAC的有效更新率，而不取決于時(shí)鐘的數(shù)據(jù)率。DAC的模擬輸出頻率結(jié)構(gòu)通常是一階的。對(duì)于較大的信號(hào)，很容易利用R/C電路建立這種響應(yīng)的模型。對(duì)于這種電路，可用以下公式描述模擬輸入/輸出行為。

VOUT = VIN(1 – e-t/RC) 式1

式中：

VOUT?模擬輸出電壓

VIN?模擬輸入電壓

R ?DAC輸出電阻

C ? DAC輸出電容

圖3所示為DAC系統(tǒng)的模擬信號(hào)建立時(shí)間響應(yīng)，包括死區(qū)時(shí)間、擺動(dòng)及線性建立部分。

圖3. DAC的理論輸出建立時(shí)間

死區(qū)時(shí)間是DAC使用數(shù)據(jù)鎖存寄存器更新模擬輸出的時(shí)間。如果發(fā)生較大的模擬輸入階躍，DAC將進(jìn)入擺動(dòng)區(qū)。在該信號(hào)響應(yīng)結(jié)束時(shí)，最終值為理論最終值的±1/2 LSB。

DAC的數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)列出建立時(shí)間指標(biāo)。以MAX5717 16位、50MHz、電壓輸出DAC為例，建立時(shí)間為0.75us。初看之下，會(huì)以為DAC的吞吐率為50MHz除以16，即2.33MHz。如果您將DAC的建立時(shí)間考慮在內(nèi)，該DAC的實(shí)際吞吐率為建立時(shí)間的倒數(shù)，即1.33MHz。

重要的工作優(yōu)先

大量使用DAC的設(shè)備都要求DAC行為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，這取決于系統(tǒng)要求。對(duì)于儀器儀表、自動(dòng)測(cè)試和測(cè)試/測(cè)量應(yīng)用，吞吐率是主要技術(shù)指標(biāo)。DAC精度性能的細(xì)節(jié)非常重要，但切記建立時(shí)間是使您能夠立即洞察DAC速度是否足夠滿足電路的最佳指標(biāo)。