MAX5250：低功耗四路10位電壓輸出DAC的詳細(xì)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們就來深入了解一款性能出色的DAC產(chǎn)品——MAX5250，它由Maxim公司推出，是一款低功耗、四路、10位電壓輸出的DAC，具備串行接口，在工業(yè)過程控制等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

MAX5250在一個(gè)節(jié)省空間的20引腳封裝中集成了四個(gè)低功耗、電壓輸出的10位DAC以及四個(gè)精密輸出放大器。除了四個(gè)電壓輸出外，每個(gè)放大器的負(fù)輸入也可供用戶使用，這為特定增益配置、遠(yuǎn)程傳感和高輸出驅(qū)動(dòng)能力提供了便利，使其非常適合工業(yè)過程控制應(yīng)用。此外，它還具備軟件關(guān)機(jī)、硬件關(guān)機(jī)鎖定、低電平有效復(fù)位（將所有寄存器和DAC清零）、用戶可編程邏輯輸出和串行數(shù)據(jù)輸出等功能。

二、關(guān)鍵特性

2.1 四路10位DAC與可配置輸出放大器

MAX5250擁有四個(gè)10位DAC，每個(gè)DAC都配備了可配置的輸出放大器，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。

2.2 單電源+5V供電

采用+5V單電源供電，正常工作時(shí)的電源電流僅為0.85mA，關(guān)機(jī)模式下更是低至10μA，有效降低了功耗。

2.3 多種封裝形式

提供20引腳的SSOP和DIP封裝，方便不同的PCB布局和安裝需求。

2.4 上電復(fù)位功能

上電復(fù)位可將所有寄存器和DAC清零，確保系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。

2.5 兼容SPI/QSPI和MICROWIRE接口

其3線串行接口與SPI?/QSPI?和MICROWIRE?兼容，允許通過單個(gè)軟件命令獨(dú)立或同時(shí)更新輸入和DAC寄存器。

2.6 用戶可編程數(shù)字輸出

用戶可以根據(jù)需要對(duì)數(shù)字輸出進(jìn)行編程，增加了系統(tǒng)的靈活性。

2.7 施密特觸發(fā)器輸入

具備施密特觸發(fā)器輸入，可直接與光耦合器接口，提高了抗干擾能力。

2.8 可升級(jí)至12位

如果需要更高的分辨率，還可選擇升級(jí)到12位的MAX5252。

三、電氣特性

3.1 靜態(tài)性能

• 分辨率：10位，能夠提供較為精細(xì)的模擬輸出。
• 積分非線性（INL）：MAX5250A的INL為±0.25LSB（典型值），MAX5250B為±1.0LSB。
• 差分非線性（DNL）：保證單調(diào)，最大為±1.0LSB。
• 失調(diào)誤差（VOS）：最大為±6.0mV。
• 失調(diào)誤差溫度系數(shù)：典型值為6ppm/°C。
• 增益誤差（GE）：最大為±1.0LSB。
• 增益誤差溫度系數(shù)：典型值為1ppm/°C。
• 電源抑制比（PSRR）：在4.5V ≤ VDD ≤ 5.5V范圍內(nèi)，典型值為100μV/V，最大值為800μV/V。

  3.2 參考輸入特性

• 參考輸入范圍：0V至（VDD - 1.4V）。
• 參考輸入電阻：與代碼相關(guān)，在代碼為554 hex時(shí)最小值為8kΩ。

  3.3 乘法模式性能

• 參考-3dB帶寬：在VREF = 0.67V P - P時(shí)，典型值為650kHz。
• 參考饋通：輸入代碼全為0，VREF = 3.6V P - P，1kHz時(shí)為 - 84dB。
• 信噪失真比（SINAD）：VREF = 1V P - P，25kHz，滿量程代碼時(shí)為72dB。

  3.4 動(dòng)態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率：典型值為0.6V/μs。
• 輸出建立時(shí)間：達(dá)到±1/2LSB，VSTEP = 2.5V時(shí)，典型值為10μs。
• 輸出電壓擺幅：軌到軌（Rail - to - Rail），范圍為0至VDD。
• FB_電流：最大為0.1A。
• 關(guān)機(jī)時(shí)OUT_泄漏電流：最大為±1A。
• 退出關(guān)機(jī)模式的啟動(dòng)時(shí)間：典型值為15s。
• 數(shù)字饋通：CS = VDD，DIN = 100kHz時(shí)為5nV - s。
• 數(shù)字串?dāng)_：為5nV - s。

  3.5 電源特性

• 電源電壓：4.5V至5.5V。
• 電源電流：正常工作時(shí)典型值為0.85mA，最大值為0.98mA；關(guān)機(jī)時(shí)典型值為10A，最大值為20A。
• 關(guān)機(jī)時(shí)參考電流：典型值為0.01A，最大值為±1A。

四、詳細(xì)工作原理

4.1 參考輸入

MAX5250有兩個(gè)參考輸入REFAB和REFCD，可接受正直流和交流信號(hào)。參考輸入電壓范圍為0V至（VDD - 1.4V），其輸出電壓由以下公式表示： [VOUT =(VREF × NB / 1024) × Gain] 其中，NB是DAC二進(jìn)制輸入代碼的數(shù)值（0至1023），VREF是參考電壓，Gain是外部設(shè)置的電壓增益。參考輸入的阻抗與代碼相關(guān)，REFAB和REFCD的參考輸入有10kΩ的保證最小輸入阻抗。在關(guān)機(jī)模式下，參考輸入進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，典型輸入泄漏電流為0.01μA。

4.2 輸出放大器

所有DAC輸出都由精密放大器內(nèi)部緩沖，典型壓擺率為0.6V/μs。用戶可以通過訪問每個(gè)輸出放大器的反相輸入來靈活設(shè)置輸出增益和進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。在MAX5250輸出進(jìn)行滿量程轉(zhuǎn)換時(shí)，加載5kΩ并聯(lián)100pF負(fù)載時(shí)，達(dá)到±1/2LSB的典型建立時(shí)間為10μs。

4.3 掉電模式

MAX5250具有軟件可編程關(guān)機(jī)功能，可將電源電流降低到典型值10μA。電源掉電鎖定引腳（PDL）必須為高電平才能啟用關(guān)機(jī)模式。寫入1100XXXXXXXXXXXX作為輸入控制字可使MAX5250進(jìn)入掉電模式。在掉電模式下，輸出放大器和參考輸入進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，串行接口保持活躍，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)得以保留。從掉電模式啟動(dòng)時(shí)，允許15μs使輸出穩(wěn)定。

4.4 串行接口配置

MAX5250的3線串行接口與MICROWIRE和SPI/QSPI兼容。串行輸入字由兩個(gè)地址位和兩個(gè)控制位，后跟10 + 2個(gè)數(shù)據(jù)位（MSB優(yōu)先）組成。4位地址/控制代碼決定了MAX5250的響應(yīng)，包括要更新的寄存器、數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)輸出（DOUT）時(shí)鐘輸出的時(shí)鐘沿、用戶可編程邏輯輸出（UPO）的狀態(tài)、是否進(jìn)入關(guān)機(jī)模式以及從關(guān)機(jī)模式恢復(fù)時(shí)的配置等。

4.5 串行數(shù)據(jù)輸出（DOUT）

DOUT是內(nèi)部移位寄存器的輸出，可編程使數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿（模式1）或下降沿（模式0）從DOUT時(shí)鐘輸出。上電時(shí)，DOUT默認(rèn)采用模式0時(shí)序。

4.6 用戶可編程邏輯輸出（UPO）

UPO允許通過MAX5250串行接口控制外部設(shè)備。

4.7 級(jí)聯(lián)設(shè)備

多個(gè)MAX5250可以通過將一個(gè)設(shè)備的DOUT引腳連接到鏈中下一個(gè)設(shè)備的DIN引腳進(jìn)行級(jí)聯(lián)。也可以采用另一種配置，使數(shù)據(jù)總線對(duì)所有設(shè)備通用，但這種配置需要更多的I/O線，因?yàn)槊總€(gè)IC都需要一個(gè)專用的芯片選擇輸入（CS）。

五、應(yīng)用信息

5.1 單極性輸出

單極性輸出時(shí)，輸出電壓和參考輸入極性相同。圖9所示的電路是典型的單極性輸出電路，表2列出了單極性輸出代碼。對(duì)于軌到軌輸出，可采用圖10的電路，將輸出放大器配置為閉環(huán)增益為+2，使用2.5V參考時(shí)可提供0V至5V的滿量程范圍。

5.2 雙極性輸出

通過圖11的電路可將MAX5250輸出配置為雙極性操作，輸出電壓公式為： [VOUT = VREF [(2NB / 1024) - 1]] 表3顯示了該電路的數(shù)字代碼（偏移二進(jìn)制）和相應(yīng)的輸出電壓。

5.3 使用交流參考

在參考具有交流信號(hào)分量的應(yīng)用中，MAX5250在參考輸入范圍規(guī)格內(nèi)具有乘法能力。圖12展示了一種將正弦波信號(hào)應(yīng)用于參考輸入的技術(shù)，其中交流信號(hào)在應(yīng)用于REFAB/REFCD之前進(jìn)行了偏移。

5.4 數(shù)字可編程電流源

圖13的電路通過在運(yùn)算放大器反饋回路中放置一個(gè)NPN晶體管（如2N3904）來實(shí)現(xiàn)數(shù)字可編程的單向電流源，可用于驅(qū)動(dòng)4 - 20mA電流回路，輸出電流計(jì)算公式為： [IOUT =(VREF / R) times(NB / 1024)] 其中，NB是DAC二進(jìn)制輸入代碼的數(shù)值，R是圖13中所示的感測(cè)電阻。

六、電源和布局考慮

6.1 電源考慮

上電時(shí)，所有輸入和DAC寄存器被清零，DOUT處于模式0。為保證MAX5250的額定性能，應(yīng)將REFAB/REFCD限制在VDD以下小于1.4V。使用4.7μF電容與0.1μF電容并聯(lián)旁路VDD到AGND，并盡量縮短引線長度，將旁路電容盡可能靠近電源引腳放置。

6.2 接地和布局考慮

AGND和DGND之間的數(shù)字或交流瞬態(tài)信號(hào)可能會(huì)在模擬輸出端產(chǎn)生噪聲，應(yīng)將AGND和DGND在DAC處連接在一起，然后連接到可用的高質(zhì)量接地。良好的印刷電路板接地布局可以最小化DAC輸出、參考輸入和數(shù)字輸入之間的串?dāng)_，應(yīng)盡量使模擬線遠(yuǎn)離數(shù)字線，不建議使用繞線板。

七、訂購信息

注：*聯(lián)系工廠了解MIL - STD - 883的可用性和處理情況。

綜上所述，MAX5250憑借其低功耗、高性能和豐富的功能，在工業(yè)過程控制、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、遠(yuǎn)程工業(yè)控制等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并合理考慮電源和布局等因素，以充分發(fā)揮MAX5250的優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似DAC的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。