调节DAC输出电压范围的几种方式
dac 的全称为 digital to analog converter，即数字模拟转换器。它是一种将数字信号转换成模拟信号的电路，例如将数字音频信号转换为声音输出，或者将数字图像信号转换为可显示的图像。dac 也可用于控制电机、电阻、电容等元件的输出量，实现精密调节和控制。在工业现场，例如 plc 或者模拟 io 口应用中，dac 能够在不同通道上设置不同输出范围，对控制非常有利，这样用户就能够利用完整的 16 位数字码范围 (0 至 65,535)，而不用考虑 dac 的输出范围。本文以 adi ad5362 为例，介绍快速调整不同通道输出电压范围的方法。
adi ad5362 介绍
下图 (图1) 为 ad5362 内部框图，它是一款集成 8 通道 16 位的 dac，它提供的缓冲电压输出范围为基准电压源的 4 倍，各 dac 的增益和失调可以独立进行调整，以消除误差。该器件分成两组，每组 4 个 dac，具有更高的灵活性，且每组的输出范围可单独通过一个偏移 dac 调节。
图1 ad5362 内部框图
利用基准电压选择输出范围
根据 ad5362 的描述，我们了解到器件内部 dac0-dac3 使用一个基准源 vref0，dac4-dac7 使用另外一个基准源 vref1，所以可以利用不同的基准电压值来实现不同的 dac 输出范围，如下图 (图2) 所示：
图2 分别使用独立的基准源产生不同的 dac 输出范围
使用 offset 寄存器改变输出范围
选择确定的基准电压源之后就可以选择 dac 的电压输出范围，比如选择 5v 基准源的时候，dac 的默认输出电压范围是 ±10v；选择 2.5v 基准源的时候，dac 的默认输出电压范围是 ±5v。可以看出 dac 的默认输出摆幅是以 0v 为中心的，但是在某些情况下，如果我们想改变 dac 输出电压偏移点该怎么做呢？
ad5362 内部有两个 offset 寄存器：ofs0 和 ofs1。ofs0 控制 dac 0 至 dac 3 的偏移，ofs1 控制 dac 4 至 dac 7 的偏移。ad5362 内部偏移 dac 是 14 位的且默认值为 0x2000，也就是 8,192，跨度为基准电压值的四倍。用户理论上最多可以将输出范围上移或下移 10v，不过输出只能在电源和裕量要求的限制范围内调整。
在使用 2.5v 电压基准的时候，±5v 标称输出可以发生偏移，产生 −10v 至 0v 或 0v 至 +10v 输出。但是使用 5v 基准电压时，产生 ±10v 标称输出，却无法利用偏移 dac 寄存器产生 0v 至 +20v 输出，因为这超出了电源和裕量限制。dac 输出电压由以下公式决定，值得注意的是 offset 寄存器是 14 位的，ad5362 本身是 16 位的，所以需要将 offset_code 乘以 4。vsiggnd 为相关 siggnd 引脚上的电压，通常为 0v。
在实际使用中，我们通常根据需要获得的 vout 电压反推出 0ffset_code，如下图 (图3) 所示，在给定 5v 基准电压源的时候，正常输出电压范围是 ±10v，而我们想要获得 -8v-12v 电压，65535 对应 12v 电压输出，因此反推出 offset_code 是 6553 (0x1999)。
图3 利用偏移寄存器调整 dac 输出范围
使用增益寄存器 m 和失调电压寄存器 c 调整输出电压范围
从上图 (图1) 内部框图中我们可以看出 ad5362 的每一个通道都有增益寄存器以及失调电压寄存器，正常来讲 ad5362 的输出和输入呈现线性关系：y=mx+c。其中 y 为输出，x 为输入，m 为增益寄存器值，也就是斜率，默认为 1 (65535)，c 为失调电压寄存器，默认为 0 (32768)。m 和 c 寄存器均是 16 位的，所以 1lsb 对应的电压位：4*vref/65535。
下面我们通过一个例子来说明 m 和 c 寄存器的作用：假如现在我们准备使用 ad5362 产生 ±8v，正常来讲使用 4.096v 的基准电压源是最合适的 (产生 ±8.192)，但是仍然有 0.384v 的电压是我们使用不到的。为了最大程度上使用 dac 的输出动态范围，我们可以改变 c 寄存器，增加 0.192v 失调电压，将 -8.192v 电压变成 -8v，即：0.192v/1lsb=768lsb。
负电压移动时，理论上正电压 8.192v 电压也将增加 0.192v 失调电压，但这样得到的结果并不是我们想要的，所以需要调整斜率 m，将 16.384v 变成 16v，即：65535* (16/16.384) =63999。此时我们只要将 m 寄存器的值调整为 63999 即可，对于 0 至 65,535 范围内的 dac 码，输出电压在 ±8v 之间。
总结
本文以 adi ad5362 为例，介绍了调节 dac 输出电压范围的几种方式，这些方式同样适用于 ad5362 的系列姊妹产品 ad5360、ad5361 和 ad5363。在给定的基准电压源下灵活的使用 offset 寄存器、m、c 寄存器或者三者配合使用可以非常完美的输出您想要的电压范围。
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adi ad5362 介绍
下图 (图1) 为 ad5362 内部框图，它是一款集成 8 通道 16 位的 dac，它提供的缓冲电压输出范围为基准电压源的 4 倍，各 dac 的增益和失调可以独立进行调整，以消除误差。该器件分成两组，每组 4 个 dac，具有更高的灵活性，且每组的输出范围可单独通过一个偏移 dac 调节。
图1 ad5362 内部框图
利用基准电压选择输出范围
根据 ad5362 的描述，我们了解到器件内部 dac0-dac3 使用一个基准源 vref0，dac4-dac7 使用另外一个基准源 vref1，所以可以利用不同的基准电压值来实现不同的 dac 输出范围，如下图 (图2) 所示：
图2 分别使用独立的基准源产生不同的 dac 输出范围
使用 offset 寄存器改变输出范围
选择确定的基准电压源之后就可以选择 dac 的电压输出范围，比如选择 5v 基准源的时候，dac 的默认输出电压范围是 ±10v；选择 2.5v 基准源的时候，dac 的默认输出电压范围是 ±5v。可以看出 dac 的默认输出摆幅是以 0v 为中心的，但是在某些情况下，如果我们想改变 dac 输出电压偏移点该怎么做呢？
ad5362 内部有两个 offset 寄存器：ofs0 和 ofs1。ofs0 控制 dac 0 至 dac 3 的偏移，ofs1 控制 dac 4 至 dac 7 的偏移。ad5362 内部偏移 dac 是 14 位的且默认值为 0x2000，也就是 8,192，跨度为基准电压值的四倍。用户理论上最多可以将输出范围上移或下移 10v，不过输出只能在电源和裕量要求的限制范围内调整。
在使用 2.5v 电压基准的时候，±5v 标称输出可以发生偏移，产生 −10v 至 0v 或 0v 至 +10v 输出。但是使用 5v 基准电压时，产生 ±10v 标称输出，却无法利用偏移 dac 寄存器产生 0v 至 +20v 输出，因为这超出了电源和裕量限制。dac 输出电压由以下公式决定，值得注意的是 offset 寄存器是 14 位的，ad5362 本身是 16 位的，所以需要将 offset_code 乘以 4。vsiggnd 为相关 siggnd 引脚上的电压，通常为 0v。
在实际使用中，我们通常根据需要获得的 vout 电压反推出 0ffset_code，如下图 (图3) 所示，在给定 5v 基准电压源的时候，正常输出电压范围是 ±10v，而我们想要获得 -8v-12v 电压，65535 对应 12v 电压输出，因此反推出 offset_code 是 6553 (0x1999)。
图3 利用偏移寄存器调整 dac 输出范围
使用增益寄存器 m 和失调电压寄存器 c 调整输出电压范围
从上图 (图1) 内部框图中我们可以看出 ad5362 的每一个通道都有增益寄存器以及失调电压寄存器，正常来讲 ad5362 的输出和输入呈现线性关系：y=mx+c。其中 y 为输出，x 为输入，m 为增益寄存器值，也就是斜率，默认为 1 (65535)，c 为失调电压寄存器，默认为 0 (32768)。m 和 c 寄存器均是 16 位的，所以 1lsb 对应的电压位：4*vref/65535。
下面我们通过一个例子来说明 m 和 c 寄存器的作用：假如现在我们准备使用 ad5362 产生 ±8v，正常来讲使用 4.096v 的基准电压源是最合适的 (产生 ±8.192)，但是仍然有 0.384v 的电压是我们使用不到的。为了最大程度上使用 dac 的输出动态范围，我们可以改变 c 寄存器，增加 0.192v 失调电压，将 -8.192v 电压变成 -8v，即：0.192v/1lsb=768lsb。
负电压移动时，理论上正电压 8.192v 电压也将增加 0.192v 失调电压，但这样得到的结果并不是我们想要的，所以需要调整斜率 m，将 16.384v 变成 16v，即：65535* (16/16.384) =63999。此时我们只要将 m 寄存器的值调整为 63999 即可，对于 0 至 65,535 范围内的 dac 码，输出电压在 ±8v 之间。
总结
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