设计目标

目标：使用可编程电流源对 LED 进行偏置。

设计说明

本设计采用缓冲电压和电流输出智能数模转换器 (DAC)，比如 DAC530A2W 或 DAC532A3W (DAC53xAxW)，来偏置发光二极管 (LED)。DAC53xAxW 上的电流输出 DAC (IDAC) 可提供高达 300mA 的电流，来偏置高电流 LED。DAC53xAxW 具有通用输入输出 (GPIO) 引脚，可在两个电流值之间切换 LED，或开关 LED。DAC53xAxW 的电压通道可配置为比较器，来监控 LED 电压(V_LED)，从而实现独立于软件的故障管理。比较器的输出可以连接到 DAC53xAxW GPIO 引脚，以在 V_LED 超出范围时关闭 IDAC。所有寄存器设置均可保存到智能 DAC 的非易失性存储器 (NVM)，这意味着可在无处理器时使用器件，即使在下电上电后也是如此。该电路可用于体外诊断、内窥镜和数字显微镜等应用。

设计说明

1. 本应用电路使用 DAC530A2W 的两个通道。
2. DAC53xAxW 具有 I²C 或 SPI 的 10 位三通道和双通道电压输出和电流输出智能 DAC 数据表建议：将 100nF 去耦电容器用于 VDD 和引脚，将 1.5µF 或更高的旁路电容器用于 CAP 引脚。CAP 引脚连接至内部 LDO。将这些电容器靠近器件引脚放置。
3. 使用靠近 DAC530A2W 电源引脚的低阻抗 PCB 布线，连接 PV_DD 和 V_DD 电源。

4. 可以在 DAC-2-GAIN-CONFIG 寄存器的 IOUT-GAIN 字段中将 DAC530A2W IDAC 通道配置为 300mA 或 220mA 输出范围。此应用使用 300mA 范围。

5. 此应用的标称 IDAC 输出电流为 250mA。设置 DAC-2-DATA 寄存器中的 IDAC 代码。250mA 输出的 IDAC 代码的计算公式为：
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{A}=\frac{\mathrm{I}\mathrm{O}\mathrm{U}\mathrm{T}}{\mathrm{G}\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{N}\times 0.5241\mathrm{m}\mathrm{A}}\times 2^{10}=\frac{250\mathrm{m}\mathrm{A}}{\raisebox{1ex}{$2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.\times 0.5241\mathrm{m}\mathrm{A}}\times 2^{10}=733\mathrm{d}$
6. 余量电压 (V_HEADROOM) 的计算方式为 P_VDD 与 IDAC 引脚电压之差，即本电路中的 V_LED。如果 V_HEADROOM 低于指定的电压，则 IDAC 输出无法提供满量程电流输出。更大限度地降低 V_HEADROOM 以降低器件的功率耗散，同时满足最低 V_HEADROOM 要求。IDAC 输出对功率耗散的影响与输出电流乘以 V_HEADROOM 电成正比。
7. DAC530A2W 的电压输出 (VOUT) 通道能用作可编程比较器，来检测 V_LED 的超出范围情况。比较器的阈值 (V_THRESH) 可在 DAC-1-DATA 寄存器中设置。比较器可以使用 V_DD 作为基准，或使用具有可配置增益的内部 1.21V 基准。在 DAC-1-GAIN-CMP-CONFIG 寄存器中：
   1. 为比较器选择基准和增益
   2. 启用通道以进入比较器模式
   3. 启用比较器输出
   4. 禁用高阻态输入模式
8. 将 3.3V V_DD 用作具有 1 倍增益的电压基准，通过以下公式计算 1V 阈值的代码：
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{A}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{T}\mathrm{H}\mathrm{R}\mathrm{E}\mathrm{S}\mathrm{H}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{R}\mathrm{E}\mathrm{F}}\times \mathrm{G}\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{N}}{\times 2}^{10}=\frac{1\mathrm{V}}{3.3\mathrm{V}}{\times 2}^{10}=310\mathrm{d}$
9. IDAC 使用内部基准。在 COMMON-CONFIG 寄存器中启用内部基准、IDAC 输出和比较器通道
10. 在此应用电路中，比较器输出与 GPIO 引脚相连以将 IDAC 输出清为零标度。当 V_LED 低于 V_THRESH 时，比较器输出为高电平，IDAC 输出保持在 DAC-2-DATA 寄存器中设置的代码。当 V_LED 大于 V_THRESH 时，比较器输出设置为低电平，IDAC 输出清为零标度。这是比较器的默认配置。要反转比较器输出极性，请将 DAC-1-GAIN-CMP-CONFIG 寄存器中的 CMP-1-INV-EN 位设置为 1。
11. GPIO-CONFIG 寄存器中的 GPI-EN 位使 GPIO 引脚作为输入。GPI-CH-SEL 字段选择由 GPI 控制的通道。GPI-CONFIG 字段选择 GPI 功能。将 0b0111 写入 GPI-CONFIG 字段，以配置 GPIO 引脚，从而触发清除功能。
12. 使用 I²C 或 SPI，根据寄存器设置一节所述的初始寄存器设置对 DAC530A2W 进行编程。将初始寄存器设置保存在 NVM 中，方法是将 1 写入 COMMON-TRIGGER 寄存器的 NVM-PROG 字段。对 NVM 进行编程后，器件将在重置或下电上电之后加载具有 NVM 所存储值的所有寄存器。

设计结果

此原理图用于 DAC530A2W 的以下设计结果。根据原理图上标记的测试点，测量 V_LED 和 I_LED。

寄存器设置

下表显示了此应用的示例寄存器映射。此处给出的值适用于在设计说明部分作出的设计选择。

伪代码示例

下面所示为将初始寄存器值编程到 DAC530A2W 的 NVM 的伪代码序列。此处给出的值适用于在设计说明部分作出的设计选择。

DAC530A2W 伪代码示例

//SYNTAX: WRITE <REGISTER NAME (Hex Code)>, <MSB DATA>, <LSB DATA>  
//Set IDAC gain setting to 2/3 
WRITE DAC-2-GAIN-CONFIG(0x03), 0x00, 0x00 
//Write DAC code for nominal IDAC output 
//The 10-bit hex code for 250mA is 0x2DD. With 16-bit left alignment, this becomes 0xB740 
WRITE DAC-2-DATA(0x19), 0x57, 0x40 
//Set VOUT1 gain setting to 1× VDD (3.3V), enable comparator mode, enable comparator output, disable Hi-z input 
WRITE DAC-1-GAIN-CMP-CONFIG(0x15), 0x04, 0x0D 
//For a 3.3V output range, the 10bit hex code for 1V is 0x136. With 16-bit left alignment, this becomes 0x4D80 
WRITE DAC-1-DATA(0x1C), 0x4D, 0x80 
//Power-up output on IDAC and VDAC channels, enables internal reference 
WRITE COMMON-CONFIG(0x1F), 0x13, 0xF9 
//Configure GPI for clear trigger for IDAC channel 
WRITE GPIO-CONFIG(0x24), 0x00, 0x2F 
//Save settings to NVM 
WRITE COMMON-TRIGGER(0x20), 0x00, 0x02

设计中采用的器件

使用参数搜索工具查找其他可能的器件。

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

其他资源

• 德州仪器 (TI)，智能 DAC Python 示例
• 德州仪器 (TI)，AFE532A3WEVM 评估模块
• 德州仪器 (TI)，AFE532A3WEVM 用户指南
• 德州仪器 (TI)，高精度实验室 - DAC

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