智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器科普

工程師們一直在努力尋找更有效、更高效且成本更低的解決方案。當(dāng)需要對(duì)模擬輸出進(jìn)行非常精確的控制時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常使用精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。需要精確控制輔助功能的設(shè)計(jì)通常還需要結(jié)合使用分立式模擬元件和微控制器(MCU)來控制DAC的輸出。

選擇合適元件、編寫軟件并確保系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作的過程不必非常復(fù)雜，即使在實(shí)現(xiàn)基本功能時(shí)也是如此。在本文中，我將探討如何使用智能DAC這一新型器件在降低成本和縮短開發(fā)時(shí)間的同時(shí)提高系統(tǒng)性能。

智能DAC是出廠可編程的精密DAC，具有集成的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)、可編程狀態(tài)機(jī)邏輯、脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器和內(nèi)置的自定義波形發(fā)生器。由于智能DAC無需使用軟件，因此可以填補(bǔ)DAC電路、MCU電路以及使用精密電阻器、電容器和電感器等元件構(gòu)建的離散型電路之間的差距。

在以下幾種用例中，您可以借助智能DAC使用更少的系統(tǒng)資源來執(zhí)行簡(jiǎn)單的功能，從而節(jié)省時(shí)間和系統(tǒng)成本。

無需軟件即可實(shí)現(xiàn)可靠的加電和基本的可編程性

基于軟件的MCU設(shè)計(jì)雖然對(duì)某些汽車和工業(yè)設(shè)計(jì)中的主要監(jiān)視和控制應(yīng)用非常有用，但在設(shè)計(jì)僅需要輔助電壓裕量、偏置或微調(diào)的次級(jí)應(yīng)用或子系統(tǒng)時(shí)，卻需要過多的資源。諸如照明控制之類的應(yīng)用僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的感測(cè)控制反饋回路。另一個(gè)示例是實(shí)現(xiàn)電器的常見功能，即當(dāng)微波爐或冰箱的門打開時(shí)，里面的燈會(huì)亮。由于這是一項(xiàng)需要較少資源即可實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單功能，因此智能DAC可以提供幫助。

圖2顯示了具有集成NVM的智能DAC。借助在系統(tǒng)生產(chǎn)期間將寄存器設(shè)置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的功能，您可以在存儲(chǔ)器中對(duì)智能DAC的加電狀態(tài)進(jìn)行編程。符合汽車電子委員會(huì)Q100標(biāo)準(zhǔn)的智能DAC可以在125°C的工作溫度下將存儲(chǔ)記憶保留20年之久，因此非常適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用，例如汽車日間行車燈的多斜率熱折返，或航空航天和國(guó)防系統(tǒng)中的陸地和移動(dòng)無線電。

圖2：具有NVM的DAC53701方框圖

生成定制輸出

智能DAC同樣適合需要生成PWM的應(yīng)用，例如內(nèi)置可配置的模擬至PWM占空比轉(zhuǎn)換或通用輸入 (GPI) 至PWM轉(zhuǎn)換的遠(yuǎn)程故障管理。與MCU或基于計(jì)時(shí)器的解決方案（如555計(jì)時(shí)器）不同，智能DAC不需要研發(fā)時(shí)間或其他容易出現(xiàn)溫漂的分立式元件。圖3顯示了使用10位電壓輸出DAC53701智能DAC進(jìn)行溫度至PWM轉(zhuǎn)換的示例，其中PWM輸出的脈沖寬度會(huì)隨溫度變化而調(diào)整。您可以在技術(shù)文章“使用智能數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成脈寬調(diào)制信號(hào)”中了解其他PWM應(yīng)用。

圖3：DAC53701會(huì)根據(jù)溫度變化調(diào)整PWM輸出

您還可以在患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中生成音調(diào)時(shí)實(shí)現(xiàn)這些波形，在此類系統(tǒng)中，智能DAC可通過提供預(yù)配置圖形和基于通用輸入/輸出(GPIO)的觸發(fā)功能來生成醫(yī)療警報(bào)。我們的“揭開醫(yī)療警報(bào)設(shè)計(jì)的神秘面紗，第1部分：IEC60601-1-8標(biāo)準(zhǔn)要求”系列對(duì)此主題進(jìn)行了更詳細(xì)的介紹。

生成LED淡入、淡出和熱折返

在電器和車輛的照明應(yīng)用中，智能DAC可生成淡入和淡出信號(hào)，從而提供數(shù)字輸入觸發(fā)和可編程計(jì)時(shí)。設(shè)計(jì)人員可以通過重新編程N(yùn)VM來構(gòu)建模塊化系統(tǒng)并在各個(gè)電路板上進(jìn)行LED亮度等調(diào)整，從而減少開發(fā)時(shí)間和成本。

LED可靠性與工作溫度成反比，為了提高LED的使用壽命，必須進(jìn)行主動(dòng)熱折返以改善熱管理。汽車照明中的日間行車燈(DRL)可一直打開，并在白天暴露于日光下。此時(shí)需要通過熱折返來更大限度地延長(zhǎng)LED壽命，而智能DAC可通過內(nèi)置特性幫助簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖4顯示了電路以及GPI輸入和DAC輸出之間的關(guān)系，以及如何由GPI直接控制DAC輸出的上升和下降以產(chǎn)生轉(zhuǎn)向的LED淡入或淡出。電器通常使用傳感器來確定門處于打開還是關(guān)閉狀態(tài)，GPI將其表示為高電平或低電平。

圖4：電器淡入和淡出信號(hào)的GPI脈沖時(shí)間與DAC輸出斜坡時(shí)間的關(guān)系

作為可編程比較器

在家電、醫(yī)療設(shè)備、零售自動(dòng)化和其他工業(yè)應(yīng)用中，智能DAC還能作為可編程比較器，提供可編程遲滯或輸出鎖存功能，并有助于簡(jiǎn)化故障管理軟件和減小電路板尺寸。

圖5顯示了可編程遲滯和鎖存比較器功能，以及如何在存儲(chǔ)于NVM中的高裕度和低裕度值設(shè)置的閾值范圍內(nèi)跟蹤DAC輸出。

對(duì)于可編程遲滯，如果輸入超過高裕度值，則GPI將切換為低電平。如果跟蹤的值繼續(xù)下降到低于高裕度值，則GPI不會(huì)發(fā)生任何變化。直到該值下降至低裕度值以下，將導(dǎo)致GPI觸發(fā)高電平。這可用于在給定值超出有限范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)。對(duì)于鎖存比較器實(shí)現(xiàn)，反饋電壓僅需小于VDD（因?yàn)?a target="_blank">運(yùn)算放大器由VDD供電），因此如果鎖存為高電平，則輸出將再次變?yōu)榈碗娖健?/p>

圖5：智能DAC作為可編程比較器，具有遲滯和鎖存比較器

結(jié)束語

如這些用例所示，智能DAC可用簡(jiǎn)單的單芯片解決方案代替分立式模擬電路和MCU，從而幫助您設(shè)計(jì)獨(dú)立的電路，這會(huì)節(jié)省時(shí)間并降低系統(tǒng)成本。使用此預(yù)過濾產(chǎn)品搜索功能來探索TI的智能DAC產(chǎn)品系列。

審核編輯：郭婷