作者：陸聰
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 AD536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。可以看出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。 |
