MAX5308/MAX5309：低功耗、低毛刺的八通道10位電壓輸出DAC

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，我們要深入探討的是MAXIM公司的MAX5308/MAX5309，這兩款低功耗、低毛刺的八通道10位電壓輸出DAC，它們在眾多應(yīng)用場景中都有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX5308/MAX5309采用節(jié)省空間的16引腳TSSOP封裝，集成了八個10位DAC。其電源電壓范圍寬，為+2.7V至+5.5V，每個DAC的最大供電電流小于215μA，非常適合低功耗和低電壓應(yīng)用。同時(shí)，它們的低2nV - s毛刺能量特性，使其成為快速響應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)字控制的理想選擇。

不同點(diǎn)

MAX5308具有數(shù)字輸出（DOUT），可用于多個設(shè)備的菊花鏈連接；而MAX5309則有硬件復(fù)位輸入（CLR），能將所有寄存器和DAC清零。此外，兩款產(chǎn)品都具備軟件關(guān)機(jī)功能，可將供電電流降低至1μA，還具有負(fù)載DAC（LDAC）功能，能同時(shí)更新所有八個DAC的輸出。

二、產(chǎn)品特性

高度集成

在僅6.4mm × 5mm的16引腳TSSOP封裝中集成了八個10位DAC，大大節(jié)省了電路板空間。

超低毛刺能量

毛刺能量小于2nV - s，有效減少了信號干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

低總供電電流

在(V{REF}=V{DD}= +5.5V)時(shí)，最大總供電電流僅為1.7mA，符合低功耗設(shè)計(jì)要求。

寬單電源范圍

+2.7V至+5.5V的寬單電源范圍，增加了產(chǎn)品的適用性。

快速建立時(shí)間

僅需5μs的建立時(shí)間，能夠快速響應(yīng)輸入信號的變化。

軟件可選關(guān)機(jī)模式

關(guān)機(jī)模式下電流小于1μA，進(jìn)一步降低了功耗。

兼容多種串行接口

支持15MHz的3線SPI、QSPI和MICROWIRE兼容串行接口，方便與各種微控制器和數(shù)字系統(tǒng)連接。

上電復(fù)位至零刻度

確保系統(tǒng)上電時(shí)DAC輸出為零，提高了系統(tǒng)的安全性。

三、電氣特性

靜態(tài)精度

• 分辨率：10位，能夠提供較高的精度。
• 積分非線性（INL）：典型值為±0.5 LSB，最大值為±2 LSB。
• 差分非線性（DNL）：保證單調(diào)，最大值為±0.5 LSB。
• 偏移誤差：典型值為±10mV，最大值為±60mV。
• 偏移誤差溫度系數(shù)：典型值為±10μV/°C。
• 增益誤差：典型值為±0.1% FS，最大值為±1% FS。
• 增益誤差溫度系數(shù)：典型值為±5ppm/°C。

參考輸入

• 參考輸入電壓范圍：0.8V至(V_{DD})。
• 參考輸入阻抗：典型值為200kΩ。
• 參考電流：掉電模式下為1 - 10μA。

DAC輸出

• 輸出電壓范圍：空載時(shí)為0.020V至(V_{DD}- 0.020V)。
• 直流輸出阻抗：典型值為0.5Ω。
• 電容負(fù)載：最大為500pF。
• 電阻負(fù)載：最小為2kΩ。
• 短路電流：(V{DD}= +5V)時(shí)為33mA，(V{DD}= +2.7V)時(shí)為20mA。
• 喚醒時(shí)間：從關(guān)機(jī)模式喚醒的時(shí)間為24μs。

數(shù)字輸入輸出

• 輸入高電壓：(V{DD}= +5V ±10%)時(shí)為2.4V，(V{DD}= +3V ±10%)時(shí)為2.1V。
• 輸入低電壓：(V{DD}= +5V ±10%)時(shí)為0.8V，(V{DD}= +3V ±10%)時(shí)為0.6V。
• 輸入泄漏電流：所有數(shù)字輸入為0或(V_{DD})時(shí)，典型值為±0.1μA，最大值為±10μA。
• 輸入電容：典型值為10pF。
• 數(shù)字輸出（MAX5308）：輸出低電壓最大值為0.5V，輸出高電壓為(V_{DD}- 0.5V)。

動態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率：正負(fù)極性均為1V/μs。
• 電壓輸出建立時(shí)間：從FFHhex到2FFhex為5μs。
• 數(shù)字饋通：代碼為0，所有數(shù)字輸入從0到(V_{DD})時(shí)為0.5nV - s。
• DAC毛刺脈沖：主要進(jìn)位毛刺為2nV - s。
• DAC輸出噪聲：典型值為600μVp - p。
• DAC間串?dāng)_：為0.5nV - s。

電源要求

• 電源電壓范圍：2.7V至5.5V。
• 空載供電電流：在不同電源和參考電壓條件下有所不同，關(guān)機(jī)模式下為1 - 10μA。

時(shí)序特性

• 串行時(shí)鐘頻率：最大為15MHz。
• SCLK脈沖寬度高：為33ns。
• SCLK脈沖寬度低：為33ns。
• CS下降到SCLK下降建立時(shí)間：為16ns。
• SCLK下降到CS上升建立時(shí)間：為20ns。
• LDAC脈沖寬度低：為20ns。
• CLR脈沖寬度低（MAX5309）：為20ns。
• DIN到SCLK下降建立時(shí)間：為16ns。
• DIN到SCLK下降保持時(shí)間：為10ns。
• CS脈沖寬度高：為20ns。
• SCLK上升到DOUT下降：負(fù)載電容為20pF時(shí)為50ns。
• SCLK上升到DOUT上升：負(fù)載電容為20pF時(shí)為50ns。

四、引腳配置與功能

五、詳細(xì)工作原理

整體結(jié)構(gòu)

MAX5308/MAX5309采用雙緩沖設(shè)計(jì)，包含一個16位串行到并行移位寄存器、上電復(fù)位（POR）電路和八個輸出緩沖放大器。移位寄存器將16位串行字轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，供每個輸入寄存器使用，時(shí)鐘速率最高可達(dá)15MHz。

串行接口

3線串行接口與MICROWIRE、SPI、QSPI和DSP兼容。片選輸入（CS）用于框定DIN的串行數(shù)據(jù)加載，數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿同步移位并鎖存到輸入寄存器。每個串行字為16位，前四位為控制字，后十位為數(shù)據(jù)位（MSB優(yōu)先），最后兩位必須為零。

數(shù)據(jù)傳輸

輸入寄存器直接連接到移位寄存器，保存最近一次寫入操作的結(jié)果。八個10位DAC寄存器保存相應(yīng)DAC的當(dāng)前輸出代碼。數(shù)據(jù)可以通過硬件接口（LDAC）或軟件命令從輸入寄存器傳輸?shù)紻AC寄存器。DAC的輸出通過八個Rail - to - Rail?運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖。

關(guān)機(jī)模式

MAX5308/MAX5309具有三種軟件控制的關(guān)機(jī)模式，可將供電電流降低到小于1μA。其中兩種關(guān)機(jī)模式（關(guān)機(jī)2和3）將輸出通過1kΩ或100kΩ（默認(rèn)）電阻獨(dú)立連接到地，第三種關(guān)機(jī)模式（關(guān)機(jī)1）使DAC輸出為高阻抗。

串行數(shù)據(jù)輸出（DOUT）

MAX5308的DOUT跟隨DIN有16個時(shí)鐘周期的延遲，能夠驅(qū)動20pF負(fù)載，從SCLK下降沿起的最大延遲為50ns，主要用于多個設(shè)備的菊花鏈連接，也可用于監(jiān)測串行接口的通信有效性。

硬件清除（CLR）

MAX5309的CLR輸入為低電平時(shí)，可清除所有內(nèi)部寄存器，關(guān)閉所有DAC，并將所有DAC輸出通過100kΩ電阻連接到地。CLR是異步的，可在任何時(shí)候應(yīng)用。

參考輸入

外部參考輸入的典型輸入阻抗為200kΩ，輸入電壓范圍為800mV至(V{DD})，(V{DD})可作為參考電壓，此時(shí)DAC輸出與(V_{DD})成比例。

輸出緩沖

軌到軌緩沖放大器在電阻負(fù)載大于2kΩ且電容負(fù)載小于500pF的任何組合下都能保持穩(wěn)定。在200pF電容負(fù)載下，輸出緩沖器的壓擺率為1V/μs，在1/4 FS到3/4 FS輸出轉(zhuǎn)換時(shí)，加載2kΩ與200pF并聯(lián)負(fù)載時(shí)，放大器輸出通常在小于10μs內(nèi)穩(wěn)定到1/2 LSB。

上電復(fù)位

MAX5308/MAX5309具有POR電路，在上電時(shí)將DAC輸出設(shè)置為零，確保系統(tǒng)啟動后不會立即出現(xiàn)不需要的DAC輸出電壓。

六、應(yīng)用信息

菊花鏈連接

多個MAX5308可以通過將一個設(shè)備的DOUT引腳連接到下一個設(shè)備的DIN引腳進(jìn)行菊花鏈連接。寫入鏈時(shí)，將CS拉低，直到所有n × 16個時(shí)鐘周期（n為鏈中設(shè)備的數(shù)量）和相關(guān)數(shù)據(jù)都應(yīng)用到第一個設(shè)備。當(dāng)CS拉高時(shí)，鏈中的每個設(shè)備對其輸入寄存器中的16位數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。若要調(diào)整鏈中的單個設(shè)備，需要為其他所有設(shè)備加載無操作（NOP）命令。

單極性輸出

MAX5308/MAX5309通常配置為單極性輸出，不同數(shù)字代碼對應(yīng)不同的模擬輸出電壓。

雙極性輸出

通過特定電路可以將MAX5308/MAX5309的輸出配置為雙極性操作，輸出電壓計(jì)算公式為(VOUT = VREF [(2 D / 1024)-1])，其中D為DAC二進(jìn)制輸入代碼的十進(jìn)制值。

電源考慮

上電時(shí)，所有輸入和DAC寄存器清零，DOUT為低電平。建議使用4.7μF電容與0.1μF電容并聯(lián)將VDD旁路到GND，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。

七、總結(jié)

MAX5308/MAX5309以其低功耗、低毛刺、高度集成等特性，在增益和偏移調(diào)整、功率放大器控制、過程控制I/O板、便攜式儀器設(shè)備以及光組件控制等應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮這兩款DAC的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似DAC的使用問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。