数据手册中文版

14位, 165M SPA（采样率）
DAC（数模转换器）
特性：
●单电源供电+5V或+3V
●高SFDR （无杂散动态范围）: 在100MSPS 64dBc时20MHz输出
●低干扰: 3PV -S
●低功耗: 170MW （+5 V时）
应用
●通讯传输通道
WLL , 蜂窝基站
数字微波链路
电缆调制解调器
●波形产生
直接数字频率合成器（DDS ）
任意波形发生器（ARB ）
●医疗/超声
●高速仪表和控制
●视频, 数字电视
说明：
DAC904是一款高速数模转换器, 14位分辨率, 引脚兼容DAC908、DAC900、DAC902, 分别提供8-, 10-, 12-位分辨率选择。

该系列DAC支持的所有型号更新率超过165MSPS, 具有优良的动态性能。

DAC904先进分割架构的优化为单音和多频音信号提供高无杂散动态范围（SFDR）, 特别是用于通信系统的发送信号电路时。

DAC904具有高阻抗（200KΩ）的电流输出, 标称范围为20mA和一个最多为1.25V的输出。

差分输出允许两个差分或单端模拟信号的接口。

电流输出的匹配保证在差分结构中杰出的动态性能, 它可以与变压器配合使用。

运用一个小的几何CMOS工艺, 单片DAC904可以用在+2.7 V至+5.5 V宽的单电源范围内操作。

其低功耗特性允许它使用在便携式和电池供电系统情况下。

可通过减少输出电流与调整满量程选项实现进一步优化。

DAC904不断运转时, 掉电模式导致其待机功率仅为为45mW 。

DAC904带有一个集成的1.24V带隙基准和边沿触发输入锁存器, 提供完整的转换器解决方案。

+3 V和+5 V CMOS逻辑系列都可以接口到DAC904 。

DAC904的参考结构允许使用芯片上的参考, 或施加外部参考。

通过一个外部电阻, 满量程输出电流可以调整在2 - 20mA, 并保持其指定的动态性能。

DAC904采用SO -28和TSSOP -28封装。

绝对最大额定值
+V
A
到AGND（模拟信号地）......-0.3V至+6V
+V
D
到DGND（数字信号地）......-0.3V到+6V
AGND到DGND......-0.3V到+0.3V
+V
A 到+V
D
......-6V到+6V
CLK, PD到DGND......-0.3V到VD+0.3V
D0-D13到DGND......-0.3V到V
D
+0.3V
IOUT, I 到AGND......-1V到VA+0.3V
BW,BYP到AGND......-0.3V到V
A
+0.3V
REF
IN ,FSA到AGND......-0.3V到V
A
+0.3V
INT/EXT到AGND......-0.3V到VA+0.3V
结温度. . . . . . . ＋１５０℃
存储器温度. . . . . . ＋１２５℃
防静电敏感度
这种集成的电路可以被ESD（静电释放）损坏。

德州仪器建议采用适当防止措施解决集成电路, 假如不遵守对的的解决和安装程序, 也许会导致损坏。

静电损害也许导致性能有细微的下降也也许导致完全的设备故障。

精密集成电路也许更容易受到伤害, 由于非常小的参数变化也许导致设备不能满足其公布的性能参数规定。

引脚图
引脚说明:
典型连接电路:
电气特性表:
时钟图：
应用
操作原理
DAC904的架构采用电流导引技术来实现快速切换和高更新率。

单片DAC核心要素是提供一个全面的分段电流源阵列高达20mA的输出电流, 如图1所示。

内部解码器每次接受到差分电流开关信号时DAC更新, 相应的输出电流是由所有电流或输出求和节点组成, ＩOUT 或I 。

互补输出提供一个差模信号, 提高动态性能输出信号还原偶次谐波、共模信号（噪声）, 并乘以一个摆动双因子2 （相对于单端操作倍增峰峰值输出信号）。

该分段结构使干扰能量显著减少, 并提高了动态性能（SFDR）和DNL。

电流输出保持非常高的大于200KΩ输出阻抗。

满量程输出电流由内部参考电压（1.24V）和一个外部电阻RSET的比例拟定。

所得IREF内部乘以一个因子32, 以产生有效的DAC的输出电流, 其范围可以从2mA至20mA, 具体取决于RSET值。

DAC904分为数字和模拟部分, 每部分通过自身的电源引脚供电。

数字部分涉及边沿触发的输入锁存器和译码器逻辑电路, 而模拟部分涉及电流源阵列, 其相关联的开关和参考
电路。

图1
DAC传输函数
DAC904全输出电流IOUTFS是两互补输出电流之和:
差分输出电流取决于DAC代码, 可表达为：
其中'代码'（code）是DAC数据的十进制表达输入词。

此外, IOUTFS为参考电流IREF的函数, 它是由基准电压1.24V和外部设定电阻RSET拟定。

在大多数情况下, 互补输出将驱动电阻负载或终止的变压器。

信号电压会根据每个输出产生:
负载电阻的值受限于DAC904的输出。

为了保持指定的线性性能, IOUT和I 的电压不应超过允许的最大应用范围。

这两个单端输出电压结合起来就可以找到总差分输出摆幅：
模拟信号的输出
DAC904提供两互补输出电流, IOUT和I 。

模拟信号输出级的简化电路代表微分拓扑, 如图2,。

由于差动开关的并联组合以及电流源和其相关联的寄生电容, IOUT与I 的输出阻抗为200KΩ||12pF。

信号电压的摆幅也许有两种输出, IOUT和I , 受限于正负响应。

-1V的负限制由CMOS工艺的击穿电压给定, 超越它会损害DAC904的可靠性, 甚至导致
永久性损害。

把满量程输出设立到20mA , 令+ VD = 5V, 正响应等于1.25V , 。

请注意当选定的输出电流IOUTFS = 2mA, 响应范围减小到约1V。

应注意, DAC904的结构不超过范围, 以避免失真性能的退化和积分非线性。

最佳的失真性能通常是最大满量程输出信号限制在0.5V左右。

这是50Ω双端负载与20mA满量程输出电流的情况。

通过选择合适的变压器各种负载可以适应DAC904的输出, 同时保持在IOUT和I 最佳的电压电平。

此外, 使用该差分输出
与变压器的组合配置将有助于实现杰出的失真性能。

共模误差, 如偶次谐波或噪声, 可以大大减少。

特别是具有高输出频率和/或低于输出振幅满量程时。

对于对最佳失真和噪声性能有规定的应用, 建议选择全量程输出为20mA。

低至2mA的较低的满量程范围合用于规定低功耗但可以容忍性能水平减少的应用中。

图2
表1
输出特性
DAC904的电流输出允许用于各种配置, 部分派置说明如下。

如前所述, 运用转换器的差分输出将产生最佳的动态性能。

这种差输出电路可以由一个RF（变压器）（参见图3）或差分放大器配置（参见图4）。

耦合变压器配置合用于交流应用, 运算放大器合用于直流耦合配置。

规定单极输出电压的应用程序应考虑单端配置（参见图6）。

从输出中的任一端连接一个电阻到地将转换输出电流转换成以地为参考的电压信号。

为了提高直流线性度, 可用一个电流电压转换器来代替。

这将导致一个负信号偏移, 因此, 需要双电源放大器。

差动带变压器
使用RF变压器可提供一个方便的方法使差分输出信号转换成单端同时实现杰出的动态性能, 如图3所示。

适当的变压器应根据输出频谱和阻抗规定精心选择。

差动变压器配置有助于显著减少共模信号, 从而在很宽的频率范围提高了动态性能。

此外, 通过选择一个合适的阻抗比（绕组比）, 变压器可用于提供最佳的阻抗匹配, 而控制电压转换器合适的电压输出。

如图3所示, 该模型具有以1:1的比例和可用于DAC904接至50Ω负载。

这将导致每个输出IOUT和I 有25Ω的负载。

由于变压器的磁耦合, 输出信号是交流耦合因而孤立。

图3
如图3所示, 变压器的中心抽头连接到地。

这迫使IOUT和I 电压摆幅在0V附近。

在这种情况下, 两个电阻器, RS, 也可以替换为一个, RDIFF, 或者完全省略。

此法应仅用于所有组件都接近对方且VSWR（驻波比）并不重要时。

一个完整的从DAC的输出到负载的功率转换是可以实现的, 但应在合适的输出范围内。

此外, 假如没有连接中心抽头, 则信号摆幅将以RS•IOUTFS/2为中心。

然而, 在这种情况下, 两个电阻器（RS）必须被用来使两个输出输出必要的直流电流。

使用运放差分派置
假如应用程序需要一个直流耦合输出, 可以考虑差分放大器, 如图4。

需要四个外部电阻来设定电压反馈运算放大器OPA680作为一个差分放大器实现差分至单端的转换。

根据图示配置, DAC904产生一个差动输出信号0.5Vp-p到负载电阻, RL。

选择图示电阻值为每个电流输出产生一个对称25Ω负载, 由于差分放大器的阻抗与电阻器RL相同, 并应当考虑。

图4
该OPA680配置增益为2 。

因此, 具有20mA满量程输出操作DAC904会产生±1V的电压输出。

这就规定放大器关闭双电源（±5V ）。

的公差
电阻通常设立限额为实现共模克制。

改善可以通过罚款来获得
微调电阻R4。

这种配置通常提供的交流性能比以前讨论变压器解决方案低, 由于放大器引入另一个失真来源。

应根据压摆率、谐波失真和输出摆幅能力选择合适的放大器。

可考虑高速放大器, 如OPA680或OPA687。

可以通过在输出IOUT和I 中添加一个小的电容器, CDIFF, 来提高电路的交流性能, 如图4。

这将引入一个真正的极点, 以便用一个低通滤波器限定DAC的快速输出信号过程中的摆幅, 否则也许会使放大器达成摆限制或过载条件;这两种情况都会导致过度失真。

差分放大器可以很容易地进行修改, 以添加规定单极单端输出电压（即, 0V和+2 V之间摇摆）的电平移位的应用。

双阻输出配置
图5电路的例子中, 信号输出电流连接到OPA2680的求和点, 求和点设立为阻抗状态, 或者电流电压转换器。

在此电路中, DAC的输出保持虚地, 最大限度地减少输出阻抗变化的影响, 并保持最佳的直流线性度（INL）。

然而, 如前所述, 该放大器可运营至摆率限制, 并产生不必要的失真, 这种情况在高DAC更新速率时特别容易发生。

图5
该电路的直流增益等于反馈电阻Rf。

高频时, DAC的输出电阻（CD1,CD2)对OPA2680也许产生的闭环频率响应峰值产生零噪声增益。

CF接到RF两端来填补这一噪音增益峰值。

为实现平坦阻抗频率响应, 每个反馈网络节点应当设定为:
其中GBP=OPA的增益带宽积
因而得出转折频率f-3dB的近似值
定义满量程输出电压等于IOUT与RF的积, 有负单级偏差。

为提高此电路的交流性能, 应考虑调整RF或者IOUTFS。

此电路的扩展应用为: 在OPA2680的输出接一个差分滤波器再跟一个变压器, 以转变成单端信号。

单端配置
在DAC的输出连接一个电阻就可以制成一个简朴的电流电压转换器。

图6中的电路中将一个阻值为50Ω的电阻接到IOUT上, 远距离连接50Ω电缆终端。

因此, 用一个象征性的20mA
输出电流, DAC会给50Ω负载上提供0V到5V的全新号摆幅。

图6
只要输出电流不超过合格范围, 电阻值得选择可以不同。

此外, 输出电流IOUTFS和负载电阻可以互相调整以提供所需的输出信号摆幅和性能。

内部参考电路
DAC904有一个片上参考电路, 涉及一个1.24V带隙基准和控制放大器。

接地16号引脚, /EXT, 使能内部参考电路。

DAC904的满量程输出电流IOUTFS取决于参考电压VREF, 电阻值RSET, 可用下式计算:
如图7, 端电阻RSET连接到FAS引脚。

参考控制放大器作为电压电流转换器提供基准电流IREF, IREF等于VREF和RSET的比值。

满量程输出电流IOUTFS等于IREF乘以固定因子32.
图7
使用内部参考时一个2kΩ的电阻值可以导致20mA的满量程输出。

应考虑误差为1%或更好的电阻。

选择更高电阻值时, 转换器输出可以从20mA调整至2mA。

当需要减少总功耗, 提高失真性能, 或者是要观测对于一个特定电阻值的相应电压输出时, D应考虑使AC904工作在低于20mA的输出电流。

建议用一个0.1uF或更大的瓷片电容旁路引脚REFIN。

控制放大器有内部补偿, 其小信号宽度约为1.3MHz。

若要选择交流性能, 如图7, 应当在BW引脚和模拟部分供电引脚+V A之间加一个附加电容（CCOMPEXT）。

用一个0.1uF的电容时, 小信号带宽和控制放大器的输出阻抗会大大减小, 减小输入到电流源列的噪声。

这也有助于分流更有效地反馈信号, 并改善DAC904噪声性能。

外部参考电路
可以通过提供逻辑高电平（+V A）到引脚/EXT来禁用内部参考电路。

外部参考电压可作为输入引入到引脚REFIN, 如图8.当规定高精确度和漂移性能, 或者要添加动态增益控制能力时, 应当考虑使用外部参考。

对于内部参考, 建议使用0.1uF电容, 然而外部参考, 电容可选。

参考输入REFIN具有高阻抗（1MΩ）, 因而易被各种电源驱动。

请注意外部参考电压范围要保持在参考输入（0.1V到1.25V)的合适范围。

图8
数字输入
DAC904的数字输入引脚（从D0（LSB）到D13（MSB））接受标准正二进制编码。

时钟上升沿时主从锁存器锁存一个数字信号。

时钟下降沿时DAC输出更新（具体参考电气特性表和时钟图）。

最佳性能用50%的时钟占空比实现。

然而, 只要符合时钟规定, 占空比可以有所改变。

此外, 建立和保持的时间可在其规定范围内选择。

所有数字输入与CMOS兼容。

逻辑阈值取决于
所施加的数字供电电压, 因而它们大约是电源电压的一半; VTH=+ VD/2（±20％容差）。

DAC904工作在2.7V至5.5V电压范围内。

掉电模式
DAC904设有掉电功能, 相比指定的电源电压范围2.7V到5.5V, 可用来将电源电流降至低于9mA。

运用逻辑高电平到PD引脚将启动掉电模式, 而逻辑低使之正常运营。

悬空时, 内部有源下拉电路使转换器的正常操作。

接地, 去耦和布局信息
对的的接地和旁路, 短引线长度, 以及设立接地在高频率设计中尤为重要。

推荐用多层印制电路板（PCB)性能更佳, 由于它们具有明显的优势如最小化接地阻抗的, 分离地面层等各层信号。

DAC904使用单独的引脚获得模拟与数字电源和接地连接。

耦合电容的位置应当是从模拟源（+V A）接到模拟地（AGND）, 从数字源（+VD）接到数字地（DGND）。

在大多数情况下, 每个电源接一个0.1uF的瓷片电容足够提供一个低阻抗去耦通路。

请注意耦合电容的有效性取决于各个电源到地的接近限度。

因此, 电源和地应当与负载尽也许接近。

无论何时, 只要也许, 电容应在印制电路板的背面, 紧靠每对电源/接地引脚下。

这种布局方式将元件引脚和PCB引线之间的寄生电感最小化。

在转换器附近也许需要添加表面贴装去耦钽电容（1μF 到4.7μF）。

DAC904的所有的电源和接地端都规定低噪音。

建议在多层PCB板上使用分立的电源和地。

混合信号设计需要特别注意不同的电源电流和信号线的布线。

一般来说, 模拟电源和地平面应只延伸到模拟信号的地区, 如DAC输出信号和参考信号。

数字电源层和接地层必须是
限于覆盖数字电路, 其中涉及数字输入线地区连接到所述转换器, 以及时钟信号。

模拟和数字地平面应接合在DAC下面的一个点。

这样, 可实现大约1/8英寸（3毫米）的短轨。

该应通过使用宽PCB引线或平面提供DAC904的供电电源。

广泛的运营将减少线路阻抗, 进一步优化电源去耦。

模拟和数字电源转换器应当只在印制电路板的电源连接器处才连接到一起。

在只有一个电源电压可接到DAC时, 可以用铁氧体磁珠以及旁路供电电容器做一个LC 滤波器。

这将产生一个低噪声的模拟电源电压并连接到DAC904的+ V A电源引脚。

在设计
布局时, 保持模拟信号线与任何数字线分开是很重要的, 这样可以防止噪声耦合到模拟信号电路。