任务介绍
设计一款多通道精密DAC电压输出模块，能输出可控的稳定电压，作为校准源、传感器激励或激励信号源使用。
基本要求：
- 使用至少12位DAC芯片（推荐MCP4728或同类）
- 至少2路独立电压输出
- 数字接口控制（I2C或SPI）
- 板载基准电压源（或使用DAC内置基准）
- 提供输出接线端子和MCU控制接口
设计方案介绍
引出MCP4728芯片的全部关键引脚，通过双1×6P排针将数字控制侧（I²C 总线、LDAC 同步更新、RDY 状态指示）与模拟输出侧（四路VOUT）分区布置，便于用户在不同应用场景下灵活接线。板载 I²C 上拉电阻与电源指示 LED，上电即可工作。
模块整体介绍
芯片介绍
本 DAC 模块选用的核心芯片为 MCP4728T-E/UN（MSOP-10 封装，3 mm×3 mm）。
MCP4728 是 Microchip 公司推出的 12 位四通道电压输出型 DAC，集成四路轨到轨输出缓冲器，支持通过标准 I²C 串口同时或独立配置各通道的输出电压与增益。芯片内置非易失性 EEPROM，可保存四通道的 DAC 值、增益及工作模式，上电后自动恢复，无需每次上电重复配置。输出电压可选择内部参考（2.048 V 或 4.096 V）或外部 VDD 参考，配合 1×/2× 增益设置，灵活覆盖 0 V~VDD 的宽范围输出。
可广泛应用于可编程基准源、多路 PID 控制回路、传感器偏置电压、信号发生器、音频电平控制及自动化测试设备等场景。
DigiKey官网链接
https://www.digikey.cn/zh/products/detail/microchip-technology/MCP4728T-E-UN/2126093
模块介绍
模块采用左右对称的 2.54 mm 间距 1×6P 单排直插排针，左侧引出 I²C 总线（SDA、SCL）、LDAC 同步加载控制、RDY/BSY 状态指示以及电源（VDD、GND）；右侧引出四路独立模拟电压输出（VOUTA~VOUTD）及电源。模块板载 4.7 kΩ I²C 上拉电阻、100 nF 陶瓷去耦电容与电源指示 LED，用户只需连接 VDD/GND 与 I²C 总线即可通过两线数字接口完成四路模拟电压的独立配置。
原理图与PCB设计
DAC 核心采用 MCP4728T-E/UN（Microchip），是一款 12 位四通道电压输出型 DAC，宽电压工作范围为 2.7 V~5.5 V。
通过双 1×6P 2.54 mm 排针分区引出全部关键信号：
- 左侧数字接口：VDD、SCL、SDA、LDAC、RDY、GND。
- 右侧模拟输出：VDD、VOUTD、VOUTC、VOUTB、VOUTA、GND。
电源部分设计有 100 nF 陶瓷去耦电容抑制高频噪声，I²C 总线通过 4.7 kΩ 电阻上拉至 VDD；板载 LED 通过 1 kΩ 限流电阻指示模块上电状态。
原理图
PCB
3D效果图
模块性能指标
测量规格
参数 | 指标 |
|---|---|
分辨率 | 12 bit（4096 级） |
输出通道数 | 4 路（A/B/C/D） |
输出电压范围 | 0 V ~ VDD（或 0 V ~ 2.048 V / 0 V ~ 4.096 V 内部参考） |
积分非线性（INL） | ±2 LSB（典型值） |
建立时间 | 6 μs（典型值，1/4 满量程变化） |
速度与性能
参数 | 指标 |
|---|---|
I²C 通信速率 | 标准模式 100 kHz / 快速模式 400 kHz |
多通道同步更新 | 支持 LDAC 引脚低电平同步加载 |
EEPROM 写回时间 | 约 50 ms（典型值） |
电气性能
参数 | 指标 |
|---|---|
工作电压 | 2.7 V ~ 5.5 V |
工作电流（无负载） | 0.5 mA（典型值，VDD=5.5 V） |
待机电流 | < 2 μA |
输出驱动能力 | 轨到轨输出，可驱动 100 pF 负载 |
模块引脚定义
左侧数字接口排针
序号 | 名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
1 | VDD | 电源 | 供电正极（2.7 V~5.5 V） |
2 | SCL | 输入 | I²C 时钟线（已板上拉） |
3 | SDA | 双向 | I²C 数据线（已板上拉） |
4 | LDAC | 输入 | 低电平有效，同步更新四路 DAC 输出 |
5 | RDY | 输出 | 就绪/忙状态指示（低电平有效） |
6 | GND | 电源 | 电源地 |
右侧模拟输出排针
序号 | 名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
1 | VDD | 电源 | 供电正极 |
2 | OUTD | 输出 | 通道 D 模拟电压输出 |
3 | OUTC | 输出 | 通道 C 模拟电压输出 |
4 | OUTB | 输出 | 通道 B 模拟电压输出 |
5 | OUTA | 输出 | 通道 A 模拟电压输出 |
6 | GND | 电源 | 电源地 |
心得体会
很高兴能参加硬禾科技联合 DigiKey 得捷发起的 2026 Make Blocks 第二季设计挑战赛，本期主题是仪表/测试测量模块。在自动控制系统中，精准的模拟量输出是实现闭环控制、可调增益与可编程基准的关键环节。通过参加本期活动，以 MCP4728 四通道 12 位 DAC 为核心完成了数模转换模块的原理图与 PCB 设计，学习了 I²C 接口多通道 DAC 的硬件设计，加深了对数字量到模拟量精确转换与多路同步输出控制的理解。
