调节DAC输出电压范围的几种方式

DAC 的全称为 Digital to Analog Converter，即数字模拟转换器。它是一种将数字信号转换成模拟信号的电路，例如将数字音频信号转换为声音输出，或者将数字图像信号转换为可显示的图像。DAC 也可用于控制电机、电阻、电容等元件的输出量，实现精密调节和控制。在工业现场，例如 PLC 或者模拟 IO 口应用中，DAC 能够在不同通道上设置不同输出范围，对控制非常有利，这样用户就能够利用完整的 16 位数字码范围 (0 至 65,535)，而不用考虑 DAC 的输出范围。本文以 ADI AD5362 为例，介绍快速调整不同通道输出电压范围的方法。

ADI AD5362 介绍

下图 (图1) 为 AD5362 内部框图，它是一款集成 8 通道 16 位的 DAC，它提供的缓冲电压输出范围为基准电压源的 4 倍，各 DAC 的增益和失调可以独立进行调整，以消除误差。该器件分成两组，每组 4 个 DAC，具有更高的灵活性，且每组的输出范围可单独通过一个偏移 DAC 调节。

图1 AD5362 内部框图

利用基准电压选择输出范围

根据 AD5362 的描述，我们了解到器件内部 DAC0-DAC3 使用一个基准源 VREF0，DAC4-DAC7 使用另外一个基准源 VREF1，所以可以利用不同的基准电压值来实现不同的 DAC 输出范围，如下图 (图2) 所示：

图2 分别使用独立的基准源产生不同的 DAC 输出范围

使用 OFFSET 寄存器改变输出范围

选择确定的基准电压源之后就可以选择 DAC 的电压输出范围，比如选择 5V 基准源的时候，DAC 的默认输出电压范围是 ±10V；选择 2.5V 基准源的时候，DAC 的默认输出电压范围是 ±5V。可以看出 DAC 的默认输出摆幅是以 0V 为中心的，但是在某些情况下，如果我们想改变 DAC 输出电压偏移点该怎么做呢？

AD5362 内部有两个 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 内部偏移 DAC 是 14 位的且默认值为 0X2000，也就是 8,192，跨度为基准电压值的四倍。用户理论上最多可以将输出范围上移或下移 10V，不过输出只能在电源和裕量要求的限制范围内调整。

在使用 2.5V 电压基准的时候，±5V 标称输出可以发生偏移，产生 −10V 至 0V 或 0V 至 +10V 输出。但是使用 5V 基准电压时，产生 ±10V 标称输出，却无法利用偏移 DAC 寄存器产生 0V 至 +20V 输出，因为这超出了电源和裕量限制。DAC 输出电压由以下公式决定，值得注意的是 OFFSET 寄存器是 14 位的，AD5362 本身是 16 位的，所以需要将 OFFSET_CODE 乘以 4。VSIGGND 为相关 SIGGND 引脚上的电压，通常为 0V。

在实际使用中，我们通常根据需要获得的 Vout 电压反推出 0FFSET_CODE，如下图 (图3) 所示，在给定 5V 基准电压源的时候，正常输出电压范围是 ±10V，而我们想要获得 -8V-12V 电压，65535 对应 12V 电压输出，因此反推出 OFFSET_CODE 是 6553 (0X1999)。

图3 利用偏移寄存器调整 DAC 输出范围

使用增益寄存器 M 和失调电压寄存器 C 调整输出电压范围

从上图 (图1) 内部框图中我们可以看出 AD5362 的每一个通道都有增益寄存器以及失调电压寄存器，正常来讲 AD5362 的输出和输入呈现线性关系：Y=MX+C。其中 Y 为输出，X 为输入，M 为增益寄存器值，也就是斜率，默认为 1 (65535)，C 为失调电压寄存器，默认为 0 (32768)。M 和 C 寄存器均是 16 位的，所以 1LSB 对应的电压位：4*VREF/65535。

下面我们通过一个例子来说明 M 和 C 寄存器的作用：假如现在我们准备使用 AD5362 产生 ±8V，正常来讲使用 4.096V 的基准电压源是最合适的 (产生 ±8.192)，但是仍然有 0.384V 的电压是我们使用不到的。为了最大程度上使用 DAC 的输出动态范围，我们可以改变 C 寄存器，增加 0.192V 失调电压，将 -8.192V 电压变成 -8V，即：0.192V/1LSB=768LSB。

负电压移动时，理论上正电压 8.192V 电压也将增加 0.192V 失调电压，但这样得到的结果并不是我们想要的，所以需要调整斜率 M，将 16.384V 变成 16V，即：65535* (16/16.384) =63999。此时我们只要将 M 寄存器的值调整为 63999 即可，对于 0 至 65,535 范围内的 DAC 码，输出电压在 ±8V 之间。

总结

本文以 ADI AD5362 为例，介绍了调节 DAC 输出电压范围的几种方式，这些方式同样适用于 AD5362 的系列姊妹产品 AD5360、AD5361 和 AD5363。在给定的基准电压源下灵活的使用 OFFSET 寄存器、M、C 寄存器或者三者配合使用可以非常完美的输出您想要的电压范围。

　　审核编辑：汤梓红