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DAC1282寄存器介绍以及模式操作介绍

news 2025/10/12 9:40:10

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寄存器映射总览 (Table 15)

地址 (Address) 寄存器名称 (Register) 上电默认值 (Default) 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0
0 GANMOD xxx11000 ID2 ID1 ID0 GAIN2 GAIN1 GAIN0 MODE1 MODE0
1 SINEG 00000000 SINEG7 SINEG6 SINEG5 SINEG4 SINEG3 SINEG2 SINEG1 SINEG0
2 SWM 00000000 FREQ SW2 SW1 SW0 M3 M2 M1 M0
3 N 00000111 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 N0
4 DCG0 00000000 DCG7 DCG6 DCG5 DCG4 DCG3 DCG2 DCG1 DCG0
5 DCG1 00000000 DCG15 DCG14 DCG13 DCG12 DCG11 DCG10 DCG9 DCG8
6 DCG2 00000000 DCG23 DCG22 DCG21 DCG20 DCG19 DCG18 DCG17 DCG16
7 PULSA 00000000 0 0 0 PULSA4 PULSA3 PULSA2 PULSA1 PULSA0
8 PULSB 00000000 0 0 0 PULSB4 PULSB3 PULSB2 PULSB1 PULSB0
各个寄存器详细说明

1. GANMOD 寄存器 (地址 0h) - 增益与模式控制

这是最核心的控制寄存器。

位名称描述
7:5 ID[2:0] 只读的工厂识别码。用户无需关心，其值可能改变。
4:2 GAIN[2:0] 模拟增益控制。设置所有模式下的输出范围（脉冲模式除外）。
• 000 = 增益 1/1 (0 dB)
• 001 = 增益 1/2 (-6 dB) （仅DAC1282）
• 010 = 增益 1/4 (-12 dB)
• 011 = 增益 1/8 (-18 dB) （仅DAC1282）
• 100 = 增益 1/16 (-24 dB)
• 101 = 增益 1/32 (-30 dB) （仅DAC1282）
• 110 = 增益 1/64 (-36 dB) （仅DAC1282，此为默认值）
注意：DAC1282A仅支持 1/1, 1/4, 1/16。
1:0 MODE[1:0] 工作模式选择。改变模式会复位内部信号发生器。
• 00 = 正弦模式 (默认)
• 01 = 直流模式
• 10 = 数字数据模式
• 11 = 脉冲模式

2. SINEG 寄存器 (地址 1h) - 正弦模式数字增益

位名称描述
7:0 SINEG[7:0] 正弦波的数字衰减器。以0.5 dB为步进，从0 dB到全静音。
• 0000 0000 = 0 dB （默认）
• 0000 0001 = -0.5 dB
• 0000 0010 = -1.0 dB
• …
• 1110 1111 = -119.5 dB
• 1111 0000 至 1111 1111 = 全静音（输出为0）

3. SWM 寄存器 (地址 2h) - 开关、频率M值与范围

这是一个多功能寄存器。

位名称描述
7 FREQ 频率范围位。与M、N寄存器共同决定输出频率（见公式）。
6:4 SW[2:0] 开关控制。当SW/TD引脚为高电平时，控制内部开关的连接方式。
• 000 = 断开（默认）
• 001 = 差分 (SWINP→SWOUTP, SWINN→SWOUTN)
• 010 = 差分反接
• 011 = 共模正
• 100 = 共模负
• 101 = 单端正
• 110 = 单端负
• 111 = 输出短路 (SWOUTP→SWOUTN)
3:0 M[3:0] 正弦频率 M 值。用于频率计算。

4. N 寄存器 (地址 3h) - 正弦频率 N 值

位名称描述
7:0 N[7:0] 正弦频率 N 值。用于频率计算。
输出频率计算公式 (Equation 1):
Foutput = (250 / 2^FREQ) * [(M[3:0] + 1) / (N[7:0] + 1)] Hz
（其中 fCLK = 4.096 MHz）

5. DCG0, DCG1, DCG2 寄存器 (地址 4h, 5h, 6h) - 直流模式数字增益

这三个寄存器组成一个24位的值，用于设置直流模式的输出电压。

DCG0: 最低有效字节 (LSB), Bits [7:0] = DCG[7:0]

DCG1: 中间字节, Bits [7:0] = DCG[15:8]

DCG2: 最高有效字节 (MSB), Bits [7:0] = DCG[23:16]

输出电压关系 (VREF=5V时):

0x000000 = -2.5 V × Gain

0x400000 = 0 V

0x7FFFFF = +2.5 V × Gain

0xFFFFFF = -2.5 V × Gain (环绕)

6. PULSA & PULSB 寄存器 (地址 7h, 8h) - 脉冲电平

这两个寄存器分别存储脉冲模式下的两个预设电平，由SYNC引脚选择。

位名称描述
7:5 - 保留。必须写入0。
4:0 PULSx[4:0] 脉冲电平。提供31个近似以3dB为步进的电平，从-2.5V到+2.5V。
• SYNC为低：输出 PULSA 设定的电平
• SYNC为高：输出 PULSB 设定的电平
注意：脉冲电平是固定的，不受GAIN[2:0]寄存器影响。
编程要点总结
基本配置流程：

通过 GANMOD 寄存器选择工作模式和模拟增益。

根据模式配置相应的寄存器：

正弦模式：设置 SWM(FREQ, M), N, SINEG。

直流模式：设置 DCG0-DCG2。

脉冲模式：设置 PULSA 和 PULSB。

数字数据模式：主要通过 SW/TD 引脚输入数据。

通过 SWM 寄存器控制输出开关的状态。

复位后状态：设备上电或复位后，默认处于正弦模式、频率31.25 Hz、增益1/64、数字增益0 dB、开关断开。

DAC1282A 与 DAC1282 的区别：主要体现在 GANMOD 寄存器的 GAIN[2:0] 位，DAC1282A 仅支持其中三个增益设置（1/1, 1/4, 1/16）。

8 Pulse Mode 核心原理

Pulse Mode 使用一个独立的、快速响应的 5位脉冲DAC，而不是主DAC。它有两个关键特点：
两个预设电平：您可以预先在 PULSA 和 PULSB 寄存器中设置两个不同的输出电压电平。
SYNC 引脚作为选择器：SYNC 引脚的电平决定当前输出哪个预设电平。
SYNC = 0 → 输出 PULSA 寄存器设定的电平。
SYNC = 1 → 输出 PULSB 寄存器设定的电平。
这使得您可以通过简单地切换 SYNC 引脚的电平，来生成一个在两个直流电平之间快速切换的脉冲信号。

Pulse Mode 操作步骤
第1步：切换到 Pulse Mode
通过 GANMOD 寄存器（地址 0h）的 MODE[1:0] 位将设备设置为脉冲模式。
写入操作：向地址 0h 写入数据，确保 MODE[1:0] = 11。
示例：如果要设置脉冲模式，并选择模拟增益为 1/1（此处注意：Pulse Mode 的电平是固定的，不受模拟增益影响，但寄存器仍需配置一个值），同时忽略只读的ID位。
数据字节：0xxx 0011 (其中 xxx 是 GAIN 位，可任意设置为有效值，例如 000 代表增益1/1)。
SPI 命令：WREG 指令，地址 00h，写入1个字节。
第2步：配置脉冲电平寄存器 PULSA 和 PULSB
这是最关键的一步。您需要根据 Table 6 来设置 PULSA[4:0] 和 PULSB[4:0] 的值。
Pulse Register 值与输出电压的对应关系 (VREF = 5 V)
输出电压 (V) PULSx[4:0] 输出电压 (V) PULSx[4:0]
+2.50 0 1111 -0.020 1 1111
+1.88 0 1110 -0.029 1 1110
+0.938 0 1100 -0.234 1 1000
… … … …
0 0 0000 -2.50 1 0001
编程示例：
假设我们希望：
当 SYNC=0 时，输出 +1.25 V
当 SYNC=1 时，输出 -1.25 V
设置 PULSA (SYNC=0 时的电平)：
从表中查到 +1.25 V 对应的代码是 0 1101 (01101二进制)。
PULSA 寄存器（地址 07h）的格式是 000P4P3P2P1P0。
因此，需要写入 PULSA 寄存器的值是 0000 1101 = 0x0D。
SPI 命令：WREG 指令，地址 07h，写入1个字节，数据为 0x0D。
设置 PULSB (SYNC=1 时的电平)：
从表中查到 -1.25 V 对应的代码是 1 0011 (10011二进制)。
需要写入 PULSB 寄存器（地址 08h）的值是 0001 0011 = 0x13。
SPI 命令：WREG 指令，地址 08h，写入1个字节，数据为 0x13。
第3步：触发脉冲输出（操作 SYNC 引脚）
配置完成后，脉冲DAC的输出就完全由 SYNC 引脚的电平控制。
初始状态：假设微控制器将 SYNC 引脚置为低电平，DAC输出立即变为 PULSA 设定的 +1.25V。
生成脉冲：
微控制器将 SYNC 引脚从低电平切换到高电平。
DAC输出会非常快速地（建立时间约 25 µs）从 +1.25V 跳变到 PULSB 设定的 -1.25V。
根据需要，一段时间后，再将 SYNC 引脚拉低，输出又会跳变回 +1.25V。

9 DC 模式核心原理

在 DC 模式下，DAC1282 使用其主 DAC 和 24 位数字寄存器来生成一个高分辨率的直流电压。输出电压由两个因素共同决定：

模拟增益：由 GAIN[2:0] 位设置，决定输出电压的范围。

24 位数字代码：由 DCG[23:0] 寄存器设置，在选定的模拟增益范围内，精确控制输出电压的电平。

DC 模式操作步骤
第1步：切换到 DC Mode
通过 GANMOD 寄存器（地址 0h）的 MODE[1:0] 位将设备设置为直流模式。

写入操作：向地址 0h 写入数据，设置 MODE[1:0] = 01。

示例：要设置 DC 模式，并选择模拟增益为 1/4 (GAIN[2:0] = 010)。

数据字节：0xxx 1001 (其中 xxx 是 GAIN 位 010，ID位可忽略)。

即：0000 1001 = 0x09 (假设ID位为0)。

SPI 命令：WREG 指令，地址 00h，写入1个字节 0x09。

第2步：设置模拟增益
模拟增益 (GAIN[2:0]) 定义了 DC 模式下的最大输出范围。这个设置与正弦模式下的相同。

模拟增益设置 (Table 3)

GAIN[2:0] 模拟增益 (V/V) 差分输出范围 (Vpp) (VREF=5V)
000 1/1 ±2.5 V
001 1/2 ±1.25 V
010 1/4 ±0.625 V
011 1/8 ±0.312 V
100 1/16 ±0.156 V
101 1/32 ±0.078 V
110 1/64 ±0.039 V
注意：DAC1282A 仅支持 1/1, 1/4, 1/16。

选择策略：为了获得最佳性能（更好的SNR和更低的噪声），应选择能够覆盖您所需电压的最小增益（即最大的电压范围）。

第3步：设置 24 位数字代码
这是最核心的一步，通过三个8位寄存器 DCG0, DCG1, DCG2 来设置一个24位的值 DCG[23:0]。

DCG0 (地址 04h): 最低有效字节，Bits [7:0] = DCG[7:0]

DCG1 (地址 05h): 中间字节，Bits [7:0] = DCG[15:8]

DCG2 (地址 06h): 最高有效字节，Bits [7:0] = DCG[23:16]

数字代码与输出电压的关系 (Table 5)

DCG[23:0] 是一个二进制补码格式的24位数。

目标输出电压 (V_diff) DCG[23:0] 寄存器值 (十六进制) 说明
+FS × Gain 0x7F FFFF 正满量程
+0.5 × FS × Gain 0x40 0000 正半量程
0 0x00 0000 零输出
-0.5 × FS × Gain 0xC0 0000 负半量程
-FS × Gain 0x80 0000 负满量程
计算公式：
更精确的输出电压可以通过以下公式计算：
V_OUT = (DCG[23:0] / 2^23) × (V_REF × Gain)

其中：

DCG[23:0] 被理解为 24位有符号整数（范围从 -8,388,608 到 +8,388,607）。

V_REF 通常是 5 V。

Gain 是模拟增益 (如 1, 1/2, 1/4, …)。

编程示例：
假设我们已设置 Gain = 1/4 (输出范围 ±0.625 V)，现在想要输出 +0.5 V。

计算所需代码：

满量程电压 = 2.5V × (1/4) = 0.625 V

所需输出相对于满量程的比例 = 0.5 V / 0.625 V = 0.8

24位代码值 = 0.8 × (2^23) = 0.8 × 8,388,608 = 6,710,886.4 ≈ 6,710,886 (十进制)

将 6,710,886 转换为十六进制：0x66 6666

写入寄存器：

写入 DCG2 (地址 06h): 0x66

写入 DCG1 (地址 05h): 0x66

写入 DCG0 (地址 04h): 0x66

SPI 命令：使用 WREG 指令，从地址 04h 开始连续写入3个字节，数据为 0x66, 0x66, 0x66。

DC 模式关键特性与注意事项
高分辨率：

24 位的分辨率意味着您可以在整个输出范围内进行 16,777,216 个步进的微调。对于增益 1/1 (±2.5V范围)，每个步进约为 0.3 µV。

建立时间：

DC 模式的建立时间较慢，典型值为 100 µs (见 Figure 46)。这是因为输出经过了 CAPP/CAPN 引脚的外部滤波电容。在写入新的 DCG 值后，需要等待足够的时间让输出稳定。

DC 噪声：

数据手册中的 DC Noise 表格列出了在不同增益下，输出为 0V 时测得的输出噪声（RMS值）。

例如，在 Gain = 1/1 时，典型噪声为 1.3 µV₍RMS₎。这是评估系统本底噪声的重要参数。

输出精度：

DC 模式的精度受到增益误差、偏移误差和线性度的影响。这些参数在数据手册的 Electrical Characteristics 中有详细说明。

与 Pulse Mode 的区别：

DC Mode：使用主DAC，24位高分辨率，但建立时间慢(~100µs)，输出经过滤波，噪声更低。

Pulse Mode：使用专用脉冲DAC，仅5位分辨率，但建立时间极快(~25µs)，绕过输出滤波器。

操作流程总结
配置模式与增益：通过 GANMOD 寄存器设置为 DC 模式 (01) 并选择合适的模拟增益。

计算数字代码：根据所需的输出电压、参考电压和模拟增益，计算出 24 位的 DCG[23:0] 值。

写入数字代码：通过 SPI 将计算出的值分别写入 DCG2, DCG1, DCG0 三个寄存器。

等待稳定：等待至少 100 µs 让输出电压稳定下来。

测量验证：在 VOUTP 和 VOUTN 引脚之间测量差分输出电压。

正弦模式核心原理

在正弦模式下，DAC1282 内部的一个数字信号发生器会产生一个高纯度的正弦波数字序列。这个序列经过一个数字调制器后，转换成比特流去驱动主 DAC，最终通过输出放大器产生模拟正弦波。

输出电压的频率和幅度都可以通过寄存器进行高精度编程。

正弦模式操作步骤
第1步：切换到 Sine Mode
通过 GANMOD 寄存器（地址 0h）的 MODE[1:0] 位将设备设置为正弦模式。

写入操作：向地址 0h 写入数据，设置 MODE[1:0] = 00。

示例：要设置正弦模式，并选择模拟增益为 1/1 (GAIN[2:0] = 000)。

数据字节：0xxx 0000 (其中 xxx 是 GAIN 位 000，ID位可忽略)。

即：0000 0000 = 0x00 (假设ID位为0)。

SPI 命令：WREG 指令，地址 00h，写入1个字节 0x00。

第2步：设置输出频率
正弦波的输出频率由三个寄存器共同决定：FREQ (在 SWM 寄存器中)、M[3:0] 和 N[7:0]。

频率计算公式 (Equation 1)：
F_output = (250 / 2^FREQ) * [(M + 1) / (N + 1)] Hz

约束条件：M[3:0] 的值必须小于或等于 N[7:0] 的值。

参数说明：

FREQ位：一个粗调频段选择器。FREQ=0 对应高频段，FREQ=1 对应低频段（频率减半）。

M 和 N：细调频率的分子和分母。通过调整它们的比值，可以在一个频段内精确设定频率。

编程示例：
假设我们需要生成一个 31.25 Hz 的正弦波（这是数据手册中测试的常用频率）。

查找预设值：从数据手册的 Table 2 中，我们可以找到 31.25 Hz 的配置：

M[3:0] = 0000 (0)

N[7:0] = 0000 0111 (7)

FREQ = 0

写入寄存器：

SWM 寄存器 (地址 02h): 需要写入 FREQ, SW[2:0], M[3:0]。假设我们暂时不关心开关，设为断开 (SW[2:0]=000)。

数据字节：0 000 0000 = 0x00

N 寄存器 (地址 03h): 需要写入 N[7:0] = 0000 0111。

数据字节：0000 0111 = 0x07

SPI 命令：使用 WREG 指令，分别写入地址 02h (0x00) 和 03h (0x07)。

手动计算示例：生成 50 Hz 信号
FREQ=0, 根据公式：50 = 250 * (M+1)/(N+1) => (M+1)/(N+1) = 50/250 = 0.2
选择一个合适的分数，例如 1/5。则 M+1=1 => M=0; N+1=5 => N=4。
所以设置 M[3:0]=0000, N[7:0]=0000 0100。

第3步：设置输出幅度
正弦波的幅度由模拟增益和数字增益共同控制。

最终幅度 (dB) = 模拟增益 (dB) + 数字增益 (dB)

模拟增益：通过 GANMOD 寄存器的 GAIN[2:0] 设置（见DC模式中的表格）。它决定了输出的最大范围。例如，GAIN=1/1 时，最大差分输出为 ±2.5 V (峰值)。

数字增益：通过 SINEG 寄存器（地址 01h）设置。这是一个衰减器，以 0.5 dB 为步进，从 0 dB (无衰减) 到 -119.5 dB，最后是全静音。

数字增益设置 (Table 4 & 18)

SINEG[7:0] 寄存器值数字增益 (dB) 说明
0000 0000 0.0 无衰减 (默认)
0000 0001 -0.5
0000 0010 -1.0
… …
1110 1111 -119.5
1111 0000 至 1111 1111 Full Mute 输出为 0
编程示例：
假设我们在第1步已设置 GAIN=1/1 (0 dB)。现在我们希望将输出幅度衰减 10 dB。

需要设置的数字增益 = -10 dB。

因为步进是 0.5 dB，所以对应的 SINEG[7:0] 值 = 10 / 0.5 = 20 (十进制)。

将 20 转换为二进制：0001 0100。

写入 SINEG 寄存器 (地址 01h)：数据字节为 0001 0100 = 0x14。

最佳实践：为了获得最佳的信噪比 (SNR)，对于较小的输出幅度，应该降低模拟增益（使用更大的电压范围）并减少数字衰减，而不是在最大模拟增益下进行大量的数字衰减。

正弦模式关键特性与注意事项
同步功能：

在正弦模式下，SYNC 引脚可以被用来将正弦波重置到过零点。

在 SYNC 引脚上施加一个从低到高的跳变，下一个时钟周期正弦波就会从零相位开始。这对于需要与外部设备（如ADC）严格同步的应用至关重要。

频率更新与复位：

当您更新 M 或 N 寄存器的值时，正弦波发生器会被自动复位到零相位。这可以防止在频率改变时产生相位不连续的毛刺。

性能指标：

总谐波失真：非常高，在增益=1/1时典型值为 -125 dB。