【经验分享】DAC 无法输出满量程电压的分析解决

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STMCU小助手发布时间：2022-2-22 20:44

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文章简介:	DAC 无法输出满量程电压的分析解决

问题：
该问题由某客户提出，发生在 STM32L100RBT6 器件上。据其工程师讲述：在使用 STM32L100 的 DAC1时，为了能够输出满量程，客户工程师将 DAC 的 Output Buffer 关闭，当 DAC 的输出值为 0x000 时，可以正常输出 0V，但是当 DAC 的输出值为 0xFFF 时，输出电压却只有 0.67V。客户工程师甚是不解。

调研：
使用 STM32L-Discovery（板载 STM32L152RBT6）对客户的问题进行确认。客户使用 DAC1，检查 DAC1 所对应的 PA4 在 STM32L-Discovery 中的使用情况，发现其用于驱动 LCD，于是将 LCD 拆下。撰写一个最基本的单通道 DAC1 的电压输出程序，使用万用表对其进行测量，得到以下结果：

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STM32L152RBT6 为 64pin 的封装，在其数据手册我们可以看到：对于 64pin 以及更少管脚的封装中，芯片没有 Vref+和 Vref-两个引脚，Vref+在内部连接到 VDDA，而 Vref-在内部连接到 VSSA。所以，VDDA即为STM32L152RBT6 的 DAC 参考电压，测量其值得到 2.996V。

从数据表格，我们可以看出，当打开 Output Buffer 的时候，电压数据完全正常，但是关闭了 Output Buffer 之后，电压输出不正常了，达不到满量程。或许在电路上还有疏漏的地方。再重新仔细查看STM32L-Discovery 的电路图，发现 PA4 还肩负着另一个重任——测量 Idd。检查电路，PA4 与 Idd 的测量电路使用 SB2 进行连接，所以必须把 SB2 断开，使其彻底悬空。

将 STM32L-Discovery 板子上的 SB2 断开，在 Output Buffer 关闭的情况下，再次测量，发现可以满量程输出了。

所以对于所以对于客户所遇到的情况，对其板子上的 DAC 是否带着负载表示怀疑。拜访时与客户软件工程师和硬件工程师沟通，发现客户软件工程师在项目中使用了 DAC1，而 DAC1 所连接的 PA4 在外部电路中接着三极管驱动继电器的电路，故其输出电压不正常。其硬件工程师说 PA4 并不是悬空的，是作为普通 I/O 口使用，而 DAC2 对应的 PA5 才是悬空的。于是软件工程师修改其程序，使用 DAC2，DAC 终于工作正常了。

结论：
软件工程师与硬件工程师沟通不畅，导致软件工程师错误地使用了 DAC，DAC 上面有较小负载，导致DAC 无法正常输出电压。

处理：
使用正确的 DAC 外设，并注意 DAC 所驱动的负载情况。

建议：
1. 在使用 STM32 的 DAC 时，需要对输出负载进行评估。
2. 我们看一下不使用与使用 Output Buffer 驱动的负载的对比图：

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可以看到，当不使用 Output Buffer 时，由于其驱动能力较弱，外部所驱动的负载必须要大于等于1.5Mohm，当用户的 DAC 电路中，DAC 所使用的引脚直接驱动一个较小的负载时，其电压输出值就可能会比期望的值低。而使用 Output Buffer 的情况下，由于增加了驱动能力，所以外部所驱动的负载只需要大于等于 5Kohm 即可。
3. Output Buffer 虽然可以在不使用外部运放的情况下直接驱动外部负载，但是其并非轨对轨输出，需注意。
4. 若是用户需要满量程地输出电压，建议将 Output Buffer 关闭，在外部使用一个轨对轨的运放接成电压跟随器电路进行驱动即可。
5. 另外，现在的项目系统越来越复杂，软件工程师和硬件工程师的分工也越来越明确，但是还是需要一个有效的沟通方式，比如，硬件工程师在设计好电压图之后，可以建立一张 Excel 表格用来描述各个 I/O 口的使用情况，转交给软件工程师使用。