目标: 使用低功耗智能 DAC 对 LED 进行偏置

此设计使用四通道缓冲电压或电流输出低功耗智能 DAC（如 DAC53004 或 DAC63004（DACx3004））来偏置 LED。在需要几毫安电流的 LED 偏置应用中，智能 DAC 可在强制检测配置下与 MOSFET 相连接。DAC 将设置 MOSFET 的源极电流，并通过改变栅极电压来控制流过 LED（在电源和 MOSFET 漏极之间连接）的电流量。DAC 可以在电流输出模式下使用，以在低电流 LED 偏置应用中使用最高 250µA 电流直接驱动 LED。在使用 MOSFET 配置时，DACx3004 的 V_FB 引脚将补偿栅源电压（V_GS）压降和 MOSFET 的漂移。DACx3004 具备通用输入输出（GPIO）引脚，支持 DAC 进入和退出深度睡眠模式。可使用智能 DAC 上的非易失性存储器（NVM）保存所有寄存器设置，意味着可在不使用处理器的情况下使用该器件，即使在下电上电后也是如此。此电路可用于条形码扫描仪、条形码读取器、点钞机、POS 打印机、光学模块和电器照明等应用。

1. DACx3004 带自动检测型 I2C、PMBus™ 或 SPI 接口的 12 位和 10 位、超低功耗、四通道电压和电流输出智能 DAC 数据表建议将 100nF 去耦电容器用于 VDD 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。
2. 未使用外部基准时，VREF 引脚应通过上拉电阻连接到 VDD。
3. 此示例电路显示了控制 LED 电流的两种方法。可通过 R_SET 电阻及使用 DACx3004 输出改变外部 MOSFET 的栅极电压来设置电流，或者可使用 DACx3004 的电流输出模式来设置 LED 电流。
   1. 要通过外部 MOSFET 调整 LED 电流，请选择 R_SET 电阻并使用 DAC 输出改变栅极电压。R_SET 的计算方法为：
      $R_{SET}=\frac{V_{SET}}{I_{LED}}$
      如果选择 0V 至 2.5V 的 DAC 输出电压范围，并且需要的 LED 电流范围为 0mA 到 20mA，则 R_SET 计算为：
      $R_{SET}=\frac{2.5 V}{20 m\mathrm{A)}} = 125 \Omega$

      DAC 代码的计算方法为：

      $Code=\frac{V_{DAC}}{V_{REF}}\times 1024$

      在此设计中，内部基准处于断电状态以限制功耗。此配置可补偿因温度、漏极电流和 MOSFET 老化而导致的栅源压降。假定典型栅源电压为 1.2V，电源余量为 200mV，则DAC 的 VDD 必须至少为（2.5V + 1.2V + 200mV）= 3.9V。如果使用 5V VDD 作为基准，则 10 位 DAC53004 的高 DAC 值和低 DAC 值变为：

      $Code=\frac{2.5 V}{5 V}\times 1024=512 d$
      $Code=\frac{0 V}{5 V}\times 1024=0 d$

      其中

      • d = 十进制数

   2. DAC 可以在电流输出模式下使用，以通过最高 250µA 电流直接驱动 LED。如果选择 ±250µA 范围，则 8 位电流 DAC53004 代码的计算方法为：
      $Code=\frac{(I_{DAC}-I_{MIN})\times 256}{I_{MAX}-I_{MIN}}$
      高 DAC53004 代码和低 DAC53004 代码变为：
      $Code=\frac{(250 \mathrm{\mu }\mathrm{A}+250 \mathrm{\mu }\mathrm{A})\times 256}{250 \mathrm{\mu }\mathrm{A}+250 \mathrm{\mu }\mathrm{A}}=256 d$
      $Code=\frac{(0 \mathrm{\mu }\mathrm{A}+250 \mathrm{\mu }\mathrm{A})\times 256}{250 \mathrm{\mu }\mathrm{A}+250 \mathrm{\mu }\mathrm{A}}=128 d$

      256 十进制数（256 d）向下舍入为 255 d，因此高值为 248.04µA。

4. DACx3004 的功耗因使用的配置和断电设置而异。功耗的计算方法为：
   $P=\left(VDD\times {IDD}_{SLEEP}\right)+\sum _{x=0}^{N-1}\left(VDD\times {IDD}_X\right)$

   其中

   • IDD_SLEEP 是器件在睡眠模式下的静态电流
   • N 是通电的通道数
   • IDD_X­ 是每通电通道的静态电流
   1. 一个 DAC 通道通过外部 MOSFET 在电压输出配置中的电压输出模式下通电。电压输出模式下的静态电流为每通道 35µA（典型值）。在睡眠模式下，DAC 的静态电流为 21µA（最大值）。VDD 为 5V 时，功耗公式变为：
      $P=\left(5 V\times 21 \mathrm{\mu }\mathrm{A}\right)+\left(5 V\times 35 \mathrm{\mu }\mathrm{A}\right)=280 \mathrm{\mu }W$
      此计算不包括从 VCC 流经 R_SET 的负载电流。
   2. 一个 DAC 通道在电流输出配置中的电流输出模式下通电。当电流输出范围为 0µA 到 250µA 时，静态电流为每通道 18µA（典型值）。在此配置中，还需要加上 DAC 输出通道提供的负载电流。功耗公式变为：
      $P=\left(5 V\times 21 \mathrm{\mu }\mathrm{A}\right)+\left(5 V\times (18 \mathrm{\mu }\mathrm{A}\mathrm{ }+\mathrm{ }250\mathrm{ }\mathrm{\mu }\mathrm{A})\right)=1.445 \mathrm{m}W$
   3. 在深度睡眠模式下，所有 DAC 通道处于断电状态，器件静态电流为 3µA（最大值）。功耗公式变为：
      $P=\left(5 V\times 3 \mathrm{\mu }\mathrm{A}\right)=15 \mathrm{\mu }W$
5. 如果高 DAC 代码值和低 DAC 代码值存储在 MARGIN-HIGH 和 MARGIN-LOW DAC 寄存器中，那么可以对它们之间的压摆率进行编程。压摆时间由 DAC-X-FUNC-CONFIG 寄存器中 SLEW-RATE 和 CODE-STEP 字段的设置确定。压摆时间通过以下方式计算：
   $SleW Time=\frac{(MARGIN\_HIGH\_CODE - MARGIN\_LOW\_CODE+1)}{CODE\_STEP}\times SLEW\_RATE$
   如果 CODE-STEP 设置为 1 LSB，SLEW-RATE 设置为 4µs/步进，则电压配置的压摆时间为：
   $SleW Time=\frac{(512-0+1)}{1}\times 4 \mathrm{\mu }\mathrm{s}=2.05\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{s}$
   电流输出配置的压摆时间为：
   $SleW Time=\frac{(255-128+1)}{1}\times 4 \mathrm{\mu }\mathrm{s}=512\mathrm{ }\mathrm{\mu }\mathrm{s}$
6. GPIO 引脚用作进入和退出深度睡眠模式的输入。GPIO 引脚上的下降沿使器件进入深度睡眠模式。LDO 需要约 550μs 时间来关闭，只要 GPIO 输入较低，器件将保持深度睡眠模式。上升沿使器件退出深度睡眠模式。数字电路和 LDO 需要约 550μs 时间来打开。寄存器设置部分中介绍了启用 GPIO 以使用此功能的寄存器设置。
7. 可通过寄存器设置部分中说明的初始寄存器设置及使用 I²C 或 SPI 对 DACx3004 进行编程。可通过将 1 写入到 COMMON-TRIGGER 寄存器的 NVM-PROG 字段来将初始寄存器设置保存到 NVM 中。编程 NVM 后，器件将在重置或下电上电之后，加载具有 NVM 存储的值的所有寄存器。

此原理图用于 DAC53004 的以下仿真。

此仿真显示了当 DAC 从裕度低到裕度高代码转换时的 LED 电流。

电压输出配置的伪代码示例

1：  //SYNTAX: WRITE <REGISTER NAME (Hex code)>, <MSB DATA>, <LSB DATA>  
2:  //Configure GPI for deep-sleep trigger and enable deep-sleep function
3:  WRITE GPIO-CONFIG(0x24), 0x40, 0x01 
4:  //Write DAC0 margin high code
5:  //With 16-bit left alignment 0x200 becomes 0x8000
6:  WRITE DAC-0-MARGIN-HIGH(0x01), 0x80, 0x00
7:  //Write DAC0 margin low code
8:  WRITE DAC-0-MARGIN-LOW(0x02), 0x00, 0x00
9:  //Set the CODE-SETP to 1 LSB and SLEW-RATE to 4 µs/step
10: WRITE DAC-0-FUNC-CONFIG(0x06), 0x00, 0x01
11: //Power-up voltage output on channel 0, internal reference disabled
12: WRITE COMMON-CONFIG(0x1F), 0x0F, 0xF9 
13: //Enable the GPI, save settings to NVM
14: WRITE COMMON-TRIGGER(0x20), 0x00, 0x02 

15: //Trigger for channel 0 margin high
16: WRITE COMMON-DAC-TRIG(0x21), 0x02, 0x00
17: //Trigger for channel 0 margin low
18: WRITE COMMON-DAC-TRIG(0x21), 0x04, 0x00

电流输出配置的伪代码示例

1：  //SYNTAX: WRITE <REGISTER NAME (Hex code)>, <MSB DATA>, <LSB DATA>  
2:  //Configure GPI for deep-sleep trigger and enable deep-sleep function
3:  WRITE GPIO-CONFIG(0x24), 0x40, 0x01 
4:  //Write DAC0 margin high code
5:  //With 16-bit left alignment, 0xFF becomes 0xFF00
6:  WRITE DAC-0-MARGIN-HIGH(0x01), 0xFF, 0x00
7:  //Write DAC0 margin low code
8:  //With 16-bit left alignment, 0x80 becomes 0x8000
9:  WRITE DAC-0-MARGIN-LOW(0x02), 0x80, 0x00
10: //Set the CODE-SETP to 1 LSB and SLEW-RATE to 4 µs/step
11: WRITE DAC-0-FUNC-CONFIG(0x06), 0x00, 0x01
12: //Power-up current output on channel 0, internal reference disabled
13: WRITE COMMON-CONFIG(0x1F), 0x0F, 0xFE 
14: //Enable the GPI, save settings to NVM
15: WRITE COMMON-TRIGGER(0x20), 0x00, 0x02 

16: //Trigger for channel 0 margin high
17: WRITE COMMON-DAC-TRIG(0x21), 0x02, 0x00
18: //Trigger for channel 0 margin low
19: WRITE COMMON-DAC-TRIG(0x21), 0x04, 0x00

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