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STM32 DAC 无法输出0V 的问题分析与解决

作者:佚名   来源:网上搜集   时间:2018-11-12   访问量:1109

问题:
该问题由某客户提出,发生在STM32F100R8T6器件上。据其工程师讲述:在使用 STM32F100 的DAC
时,不管如何设置输出的值,最低只能输出到63mV,无法输出0V,而63mV 的电压经过他的放大电
路,对产品的性能产生较大的影响。故其工程师询问是否有办法可以输出0V?

调研:
经过对DAC 的输出口PA4 进行测量,发现将DAC 的输出值设置为0x000 的时候,电压输出确实在
63mV。检查客户的程序,可以看到客户对DAC 的配置如下:
DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;
DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bits8_0;
DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable;
DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
将 DAC 配置程序修改为:
DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;
DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bits8_0;
DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;
DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
修改后编译,测试:对PA4 的电压进行测量,发现可以输出0V 了。所以问题就是在于使能了Output
Buffer。

我们来看一下参考手册是如何描述Output Buffer 的:

可以看出,在STM32F100 的DAC 中,内嵌了两个Output Buffer,其作用是减小输出阻抗,可以在不使
用外部运放的情况下就可以直接驱动外部负载。可以通过DAC_CR 寄存器的BOFFx 位来使能或禁止
Output Buffer

再来看数据手册的描述:

 可以看到Output Buffer 的位置,当其被禁止时,直接被旁路掉。
再继续从数据手册里看一下DAC 外设电气特性里关于 Buffer 的相关参数,我们可以看到:

 这个表告诉我们,当Output Buffer 被禁止,输出电压最低电压典型值在0.5mV,输出最高电压最大值
为(VREF+-1LSB)V。当Output Buffer 被使能,能保证的的输出最低电压为0.2V,输出最高电压为VDDA-
0.2V。所以,Output Buffer 并不是轨对轨的输出驱动器,无法输出0V。再来看一下它的注释:当VREF+
为3.6V,其响应范围从0x0E0 到0xF1C 的12 位输出值;当VREF+为2.4V,其响应范围从0x155 到0xEAB
的12 位输出值。也就是说,当VREF+为3.6V,DAC 的输出电压范围大约为0.197V~3.4V;当VREF+为
2.4V,DAC 的输出电压范围大约为0.2V~2.212V。当然,这只是能保证的数据,并不是说使能了Output
Buffer,最低输出电压就一定是0.2V,只是在应用中,应该以从0.2V 到VDDA-0.2V 这个范围来进行设
计。STM32F100 在使能Output Buffer 后,其最低输出电压为63mV 属于正常现象。

结论:
由于打开了DAC 的Output Buffer,导致了DAC 无法输出0V。
处理:
禁止DAC 的Output Buffer 即可,也就是在配置中将DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer 一项设置成
DAC_OutputBuffer_Disable。

建议:
客户的实际应用中,如果对于DAC 的输出电压范围的要求在于0.2V~VDDA-0.2V 的范围之内,可以直接使
用DAC 的Output Buffer,将Output Buffer 使能。如果对于DAC 的输出电压范围超出0.2V~VDDA-0.2V
或者需要轨对轨输出,那么建议禁止Output Buffer,并在外部使用合适的运放器件增强其输出能力。

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