目标：为 SMPS 输出提供 ±10% 标称值的裕量电压

该电路使用四通道缓冲电压输出 DAC 为开关模式电源 (SMPS) 提供电压裕度。电源裕量调节电路用于修整、调节或测试电源转换器的输出。低压降稳压器 (LDO)、直流/直流转换器或 SMPS 等可调节电源提供了反馈 (FB) 输入，用于控制所需的输出。DAC53204 或 DAC53004 等精密智能 DAC 可在 DAC 已供电且输出已上电启动时实现对电源输出的线性控制。当 DAC 已供电但输出处于断电模式时，大多数 DAC 会在电压输出端添加一个内部下拉电阻器。此外，当大多数 DAC 完全断电时，如果输出被拉离接地电位，则输出引脚上的 ESD 单元会传导电流，电压裕量调节电路中就是如此。当 DAC 断电或输出通道处于断电模式时，DAC53204 或 DAC53004 提供高阻抗 (Hi-Z) 输出，这意味着 DAC 通过 SMPS 的 FB 引脚消耗非常小的电流，且输出设置为标称电压。DAC53204 或 DAC53004 有一个通用输入 (GPI) 引脚，此引脚可使 DAC 输出在高输出电压和低输出电压之间切换。这样可在标称输出值的 ±10% 范围内切换 SMPS。可使用 DAC53204 和 DAC53004 的非易失性存储器 (NVM) 保存所有寄存器设置，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。该电路可用于通信设备、企业系统、测试和测量以及通用电源模块等应用。

1. DACx3204 具有自动检测型 I2C、PMBus™ 或 SPI 接口的 12 位、10 位和 8 位四路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. DAC53204 有三个基准选项：
   1. 1.7V 至 V_DD 的外部基准，可施加到器件的 VREF 引脚。使用外部基准时，请在 VREF 引脚和 AGND 引脚之间连接一个 100nF 电容器。不使用外部基准时，请使用一个上拉电阻器连接到 V_DD。
   2. 精密 1.21V 基准，具有 ×1.5、×2、×3 和 ×4 增益选项。
   3. V_DD 可用作基准。
3. SMPS 的标称电压可通过电阻 R₁ 和 R₂ 设置。SMPS 在 FB 引脚上使用内部 600mV 基准电压来确定输出电压。使用以下公式计算 R₁ 和 R₂：
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{L}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{L}}}$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{L}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}}$
   使用通过 _R1 和 R₂ 的 100µA 标称电流以及 3.3V 标称输出电压。代入这些值，公式变为：
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{3.3\mathrm{V}-0.6\mathrm{V}}{100\mathrm{\mu }\mathrm{A}}=27\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{27\mathrm{k}\mathrm{\Omega }\times 0.6\mathrm{V}}{3.3\mathrm{V}-0.6\mathrm{V}}=6\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$
4. 为了实现所需的裕度，DAC53204 必须通过 R₁ 灌入或提供额外的电流。此电流 (I_MARGIN) 可通过以下公式计算：
   ${\mathrm{I}}_{\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}}=\left(\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{L}}\times \left(1+\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}\right)-{\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}}{{\mathrm{R}}_1}\right)-{\mathrm{I}}_{\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{L}}$
   对于 ±10% 的裕度，公式变为：
   ${\mathrm{I}}_{\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}}=\left(\frac{3.3\mathrm{V}\times \left(1+0.10\right)-0.6\mathrm{V}}{27\mathrm{k}\mathrm{\Omega }}\right)-100\mathrm{\mu }\mathrm{A}=12\mathrm{\mu }\mathrm{A}$
5. DAC53204 的电压输出通过串联电阻 R₃ 转换为电流。可使用以下公式计算 R₃：
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}}}$
   确定 DAC 输出电压范围时，应避免 DAC 代码接近零量程和满量程，从而避免这些代码出现零量程和满量程误差。此设计使用内部 1.21V 基准，增益为 ×1.5，满量程电压为 1.82V。DAC53204 的最大零代码误差为 15mV，因此可以安全地选择 20mV 的最小输出。I_MARGIN 被视为正电流，可在 V_DAC > V_FB 时由 DAC 提供。I_MARGIN 被视为负电流，可在 V_DAC < V_FB 时由 DAC53204 灌入。通过以下公式计算得出 R₃ 为 48.3kΩ：
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{20\mathrm{m}\mathrm{V}-0.6\mathrm{V}}{-12\mathrm{\mu }\mathrm{A}}=48.3\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$
   最大输出变为：
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C},\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{X}}=\left({\mathrm{R}}_3\times {\mathrm{I}}_{\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}}\right)+{\mathrm{V}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}}$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C},\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{X}}=\left(48.3\mathrm{k}\mathrm{\Omega }\times 12\mathrm{\mu }\mathrm{A}\right)+0.6\mathrm{V}=1.18\mathrm{V}$
6. V_DAC,MAX 和 V_DAC,MIN 的 DAC 代码存储在 DAC-MARGIN-HIGH 和 DAC-MARGIN-LOW 寄存器中。使用以下公式计算以十进制形式编程到这些寄存器的代码：
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}\_\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{G}\mathrm{H}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C},\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{X}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{R}\mathrm{E}\mathrm{F}}\times \mathrm{G}\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{N}}\times 1024$
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}\_\mathrm{L}\mathrm{O}\mathrm{W}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C},\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{N}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{R}\mathrm{E}\mathrm{F}}\times \mathrm{G}\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{N}}\times 1024$
   公式变为：
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}\_\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{G}\mathrm{H}=\frac{1.18\mathrm{V}}{1.21\mathrm{V}\times 1.5}\times 1024=665.7\mathrm{d}$
   $\mathrm{D}\mathrm{A}\mathrm{C}\_\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{G}\mathrm{I}\mathrm{N}\_\mathrm{L}\mathrm{O}\mathrm{W}=\frac{20\mathrm{m}\mathrm{V}}{1.21\mathrm{V}\times 1.5}\times 1024=11.2\mathrm{d}$

   这两个值四舍五入为 666d 和 11d，V_DAC,MAX 为 1.18V，V_DAC,MIN 为 19.5mV。

7. 使用具有 ×1.5 增益的 1.21V 基准和 10 位 DAC53204，每个代码之间的 LSB 大小或步长大约为 1.8mV。使用较低的基准电压可减小 LSB 大小，从而提高 V_DAC,MAX 和 V_DAC,MIN 的分辨率。
8. 在此设计中，GPI 用于高/低裕度功能。GPI 上的高电平会将 DAC 输出设置为 V_DAC,MAX，将 SMPS V_OUT 设置为低裕度 2.97V。GPI 上的低电平会将 DAC 输出设置为 V_DAC,MIN，将 SMPS V_OUT 设置为高裕度 3.63V。
9. 使用 I²C 或 SPI，根据寄存器设置部分所述的初始寄存器设置对 DAC53204 进行编程。可将初始寄存器设置保存至 NVM，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。

该原理图用于如下 DAC53204 仿真。

仿真显示了 SMPS 输出 (V_OUT) 随 DAC53204 输出 (DAC_OUT) 变化而变化的结果。当 DAC_OUT 为 V_DAC,MAX 时，SMPS V_OUT 降至低裕度 2.97V。当 DAC_OUT 为 V_DAC,MIN 时，SMPS V_OUT 升至高裕度 3.63V。

伪代码示例

//SYNTAX: WRITE <REGISTER NAME (Hex code)>, <MSB DATA>, <LSB DATA>  
//Power-up voltage output on all channels, enables internal reference
WRITE COMMON-CONFIG(0x1F), 0x12, 0x49 
//Configure GPI for Margin-High, Low function
WRITE GPIO-CONFIG(0x24), 0x01, 0xF5 
//Write DAC margin high code (repeat for all channels)
WRITE DAC-0-MARGIN-HIGH(0x01), 0xA6, 0x80
//Write DAC margin low code (repeat for all channels)
WRITE DAC-0-MARGIN-LOW(0x02), 0x02, 0xC0
//Save settings to NVM
WRITE COMMON-TRIGGER(0x20), 0x00, 0x02 

使用参数搜索工具查找其他可能的器件。

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)，DAC63204 评估模块
• 德州仪器 (TI)，DAC63204 EVM 用户指南
• 德州仪器 (TI)，高精度实验室 - DAC

如需 TI 工程师的直接支持，请使用 E2E™ 论坛：