并行D/A转换器AD7846及其接口设计
华中科技大学 蒋毅 蒋明
概述
AD7846是美国AD(ANALOG??DEVICES)公司推出的一种采用LC2MOS工艺制造的16位电压输出的D/A转换芯片，具有以下特点:
16位精度，在全温度范围内具有16位精度，适用于闭环控制系统；
?数据回读功能，对DAC寄存器中数据可以进行读取，降低了自动测试设备系统中软件设计的难度；
低功耗，典型功耗仅为100mW；
接口电路简单，可简单配置实现 5V、 10V、0~5V和?、~10V电压输出，无需额外电路。
AD7846采用了分段式的体系结构，DAC数据锁存中高四位数据用于选择16段电阻组成的电阻分压网络的输出电压，输出电压经放大器缓冲后输入到一个12位的DAC，该12位DAC提供12位的转换精度，这种结构最终将提供16位的单调性。
除高精度外，AD7846具有全面的微处理器接口，包含16位数据总线及多种控制接口，允许程序读出缓冲中的数据。LDAC信号允许多DAC系统中的DAC 芯片同时更新转换数据，CLR信号也可根据R/W信号产生不同的清零结果使DAC在单极性或双极性输出时都初始化，并输出0V的电压。
AD7846的基本结构和引脚功能
AD7846的内部结构如图1，?其内部主要包括三个部分：控制逻辑电路、数模转换电路、4到16段开关矩阵。
AD7846 数模转换电路的基本控制原理为：逻辑控制电路通过四个控制信号CS、R/W、LDAC、CLR来选择并进行相应的存储、初始化操作，锁存转换数据中的低 12位数据。高4位数据控制16段开关网络，完成参考电压的设置，从而使输出的电压具有16位精度。其中，R/W输入对转换的数据寄存器进行读写操作控制，实现数据的回读处理。通过CLR与R/W控制信号的配合，可以对初始化输出值进行配置：在写状态下清零，输出数据为000…000的转换值；在读状态下清零，输出数据为100…000。这个特性可以方便实现单双极性工作状态下0V电压输出。
AD7846在接口卡中的设计
AD7846 具有转换速度快、精度高、功耗低、16位数据总线以及双寄存器等特点，其接口电路简单，在各种工业控制系统中具有很高的应用价值。我们针对激光标刻应用领域的要求，采用AD7846设计了计算机控制卡，在实际使用中效果良好。图2是控制卡的数摸转换部分的电路图。
AD7846典型操作时序如图3所示。
ISA 接口总线的时钟频率为8MHz，一个时钟周期为125ns。由于地址译码电路的时间延迟均小于30ns，AD7846的操作时序完全满足ISA接口的控制时序，因此无需额外的数据缓冲电路，数据线及控制信号直接与ISA接口信号相连即可。由于不存在时序匹配问题，地址译码等电路也非常简单。以下着重介绍电路设计中的抗干扰设计。
由于AD7846芯片内部不含参考电压源，必须由外部电路提供DA转换的参考电压。参考电压精度直接影响DA转换的精度，因此参考电源的设计是DA转换外围电路设计中的关键。采用AD586为参考电压，利用激光微调获得很高的精度：在5V输出时的误差仅为2mV。在8 脚和4脚间接1微法电容抑制噪声干扰，使电压基准有很高的精度。
由于计算机ISA接口提供的电源具有5%的允许误差，对某些质量不高的开关电源存在较大的纹波干扰，从而将对AD7846的精度将产生不小的影响。为提高系统抗干扰能力，在电路设计中计算机提供＋12V及－12V电源均通过由 100 F和0.1 F电容构成的稳压滤波电路及磁珠单元再供给AD7846。数模转换电路的数字地及模拟地信号分离，在模拟电路与数字电路的结合部位通过磁珠相连，实现数字电路及模拟电路的单点共地连接。在数字电路部分，信号为开关信号，因此数字地存在很多高次谐波成分，通过大面积覆地，减少对模拟电路部分的影响。
由于激光标刻系统要求DA输出范围为 5V和0~10V可调，AD7846的?VREF+脚接＋5V的基准电压，VREF 接地，通过跳线将＋5V或0V接入RIN脚即可完成不同幅值电压的输出。AD7846的内部设计大大简化了外部扩展电路的设计，降低了设计的复杂程度。
我们设计的计算机扩展卡还包括4路DI、4路DO，系统应用中通过DI接收外部的光电信号，通过DO控制激光器工作，两路DA输出控制激光标刻振镜，从而控制激光束在物品上扫描标刻出图形文字。该板卡在实际的激光标刻系统中性能表现稳定，效果良好。
本文摘自《世界电子元器件》
