調節DAC輸出電壓范圍的幾種方式

DAC 的全稱為 Digital to Analog Converter，即數字模擬轉換器。它是一種將數字信號轉換成模擬信號的電路，例如將數字音頻信號轉換為聲音輸出，或者將數字圖像信號轉換為可顯示的圖像。DAC 也可用于控制電機、電阻、電容等元件的輸出量，實現精密調節和控制。在工業現場，例如 PLC 或者模擬 IO 口應用中，DAC 能夠在不同通道上設置不同輸出范圍，對控制非常有利，這樣用戶就能夠利用完整的 16 位數字碼范圍 (0 至 65,535)，而不用考慮 DAC 的輸出范圍。本文以 ADI AD5362 為例，介紹快速調整不同通道輸出電壓范圍的方法。

ADI AD5362 介紹

下圖 (圖1) 為 AD5362 內部框圖，它是一款集成 8 通道 16 位的 DAC，它提供的緩沖電壓輸出范圍為基準電壓源的 4 倍，各 DAC 的增益和失調可以獨立進行調整，以消除誤差。該器件分成兩組，每組 4 個 DAC，具有更高的靈活性，且每組的輸出范圍可單獨通過一個偏移 DAC 調節。

圖1 AD5362 內部框圖

利用基準電壓選擇輸出范圍

根據 AD5362 的描述，我們了解到器件內部 DAC0-DAC3 使用一個基準源 VREF0，DAC4-DAC7 使用另外一個基準源 VREF1，所以可以利用不同的基準電壓值來實現不同的 DAC 輸出范圍，如下圖 (圖2) 所示：

圖2 分別使用獨立的基準源產生不同的 DAC 輸出范圍

使用 OFFSET 寄存器改變輸出范圍

選擇確定的基準電壓源之后就可以選擇 DAC 的電壓輸出范圍，比如選擇 5V 基準源的時候，DAC 的默認輸出電壓范圍是 ±10V；選擇 2.5V 基準源的時候，DAC 的默認輸出電壓范圍是 ±5V?？梢钥闯?DAC 的默認輸出擺幅是以 0V 為中心的，但是在某些情況下，如果我們想改變 DAC 輸出電壓偏移點該怎么做呢？

AD5362 內部有兩個 OFFSET 寄存器：OFS0 和 OFS1。OFS0 控制 DAC 0 至 DAC 3 的偏移，OFS1 控制 DAC 4 至 DAC 7 的偏移。AD5362 內部偏移 DAC 是 14 位的且默認值為 0X2000，也就是 8,192，跨度為基準電壓值的四倍。用戶理論上最多可以將輸出范圍上移或下移 10V，不過輸出只能在電源和裕量要求的限制范圍內調整。

在使用 2.5V 電壓基準的時候，±5V 標稱輸出可以發生偏移，產生 ?10V 至 0V 或 0V 至 +10V 輸出。但是使用 5V 基準電壓時，產生 ±10V 標稱輸出，卻無法利用偏移 DAC 寄存器產生 0V 至 +20V 輸出，因為這超出了電源和裕量限制。DAC 輸出電壓由以下公式決定，值得注意的是 OFFSET 寄存器是 14 位的，AD5362 本身是 16 位的，所以需要將 OFFSET_CODE 乘以 4。VSIGGND 為相關 SIGGND 引腳上的電壓，通常為 0V。

在實際使用中，我們通常根據需要獲得的 Vout 電壓反推出 0FFSET_CODE，如下圖 (圖3) 所示，在給定 5V 基準電壓源的時候，正常輸出電壓范圍是 ±10V，而我們想要獲得 -8V-12V 電壓，65535 對應 12V 電壓輸出，因此反推出 OFFSET_CODE 是 6553 (0X1999)。

圖3 利用偏移寄存器調整 DAC 輸出范圍

使用增益寄存器 M 和失調電壓寄存器 C 調整輸出電壓范圍

從上圖 (圖1) 內部框圖中我們可以看出 AD5362 的每一個通道都有增益寄存器以及失調電壓寄存器，正常來講 AD5362 的輸出和輸入呈現線性關系：Y=MX+C。其中 Y 為輸出，X 為輸入，M 為增益寄存器值，也就是斜率，默認為 1 (65535)，C 為失調電壓寄存器，默認為 0 (32768)。M 和 C 寄存器均是 16 位的，所以 1LSB 對應的電壓位：4*VREF/65535。

下面我們通過一個例子來說明 M 和 C 寄存器的作用：假如現在我們準備使用 AD5362 產生 ±8V，正常來講使用 4.096V 的基準電壓源是最合適的 (產生 ±8.192)，但是仍然有 0.384V 的電壓是我們使用不到的。為了最大程度上使用 DAC 的輸出動態范圍，我們可以改變 C 寄存器，增加 0.192V 失調電壓，將 -8.192V 電壓變成 -8V，即：0.192V/1LSB=768LSB。

負電壓移動時，理論上正電壓 8.192V 電壓也將增加 0.192V 失調電壓，但這樣得到的結果并不是我們想要的，所以需要調整斜率 M，將 16.384V 變成 16V，即：65535* (16/16.384) =63999。此時我們只要將 M 寄存器的值調整為 63999 即可，對于 0 至 65,535 范圍內的 DAC 碼，輸出電壓在 ±8V 之間。

總結

本文以 ADI AD5362 為例，介紹了調節 DAC 輸出電壓范圍的幾種方式，這些方式同樣適用于 AD5362 的系列姊妹產品 AD5360、AD5361 和 AD5363。在給定的基準電壓源下靈活的使用 OFFSET 寄存器、M、C 寄存器或者三者配合使用可以非常完美的輸出您想要的電壓范圍。

審核編輯：湯梓紅