MAX5821：一款實(shí)用的雙路10位低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的重要橋梁。今天要給大家介紹的是MAXIM公司的MAX5821，一款雙路10位低功耗、支持2線串行接口的電壓輸出DAC。

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一、產(chǎn)品概述

MAX5821是一款具有I2C兼容2線接口的雙路10位電壓輸出DAC，時鐘速率最高可達(dá)400kHz。它采用單2.7V至5.5V電源供電，在(V_{DD}=3.6V)時，電源電流僅為115μA，進(jìn)入掉電模式后，電流消耗可降至1μA以下。該器件具備三種軟件可選的掉電輸出阻抗，分別為100kΩ、1kΩ和高阻抗，還擁有內(nèi)部精密軌到軌輸出緩沖器和上電復(fù)位（POR）電路，上電時DAC處于100kΩ掉電模式。

二、應(yīng)用場景

MAX5821的應(yīng)用場景十分廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

1. 數(shù)字增益和偏移調(diào)整：在一些需要精確調(diào)整增益和偏移的電路中，MAX5821可以發(fā)揮重要作用。
2. 可編程電壓和電流源：為電路提供可編程的電壓和電流，滿足不同的設(shè)計需求。
3. 可編程衰減：實(shí)現(xiàn)對信號的可編程衰減，提高電路的靈活性。
4. VCO/變?nèi)?a target="_blank">二極管控制：對壓控振蕩器（VCO）或變?nèi)荻O管進(jìn)行精確控制。
5. 低成本儀器儀表：適用于對成本敏感的儀器儀表設(shè)計。
6. 電池供電儀器：低功耗特性使其非常適合電池供電的儀器設(shè)備。

三、產(chǎn)品特性

低功耗設(shè)計

• 超低電源電流：在(V{DD}=3.6V)時，電源電流為115μA；在(V{DD}=5.5V)時，為135μA。掉電模式下，電流低至300nA。
• 單電源供電：支持2.7V至5.5V的單電源供電，方便設(shè)計。

高速接口

• 快速的I2C兼容2線串行接口：時鐘速率最高可達(dá)400kHz，數(shù)據(jù)傳輸迅速。
• 施密特觸發(fā)輸入：可直接與光耦合器接口，增強(qiáng)了接口的兼容性。

輸出特性

• 軌到軌輸出緩沖放大器：輸出能夠達(dá)到電源軌，提供更大的輸出范圍。
• 三種軟件可選的掉電輸出阻抗：滿足不同的應(yīng)用需求。

其他特性

• 讀回模式：可用于總線和數(shù)據(jù)檢查，提高設(shè)計的可靠性。
• 上電復(fù)位至零：確保上電時DAC輸出為零。
• 8引腳μMAX封裝：體積小巧，適合空間有限的設(shè)計。

四、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）：±0.5至±4 LSB。
• 差分非線性（DNL）：保證單調(diào)，±0.5 LSB。
• 零碼誤差（ZCE）：在(V_{DD}=2.7V)時，為6至40mV。
• 增益誤差（GE）：-0.8至 -3 %FSR。

參考輸入

• 參考輸入電壓范圍：0至(V_{DD})。
• 參考輸入阻抗：65至90kΩ。
• 參考電流（掉電模式）：0.3至1μA。

DAC輸出

• 輸出電壓范圍：無負(fù)載時為0至(V_{DD})。
• 直流輸出阻抗：代碼為200 hex時，為1.2Ω。
• 短路電流：在不同電源電壓下有不同的值。
• 喚醒時間：在(V{DD}=5V)和(V{DD}=3V)時均為8μs。
• DAC輸出泄漏電流：掉電模式為高阻抗時，(V{DD}=5.5V)，(V{OUT}=V{DD})至GND，為±0.1至±1μA。

數(shù)字輸入和輸出

• 輸入高電壓（VIH）：0.7×(V_{DD})。
• 輸入低電壓（VIL）：0.3×(V_{DD})。
• 輸出邏輯低電壓（VOL）：(I_{SINK}=3mA)時，為0.4V。

動態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率：0.5V/μs。
• 電壓輸出建立時間：至1/2LSB代碼，100 hex至300 hex或300 hex至100 hex時，為4至12μs。
• 數(shù)字饋通：代碼為000 hex，數(shù)字輸入從0至(V_{DD})時，為0.2nV - s。
• 數(shù)模毛刺脈沖：主要進(jìn)位轉(zhuǎn)換時，為12nV - s。
• DAC間串?dāng)_：為2.4nV - s。

電源特性

• 電源電壓范圍：2.7至5.5V。
• 無負(fù)載時電源電流：不同電源電壓下有不同的值。
• 掉電電源電流：(V_{DD}=5.5V)時，為0.3至1μA。

時序特性

• 串行時鐘頻率：最高400kHz。
• 停止和啟動條件之間的總線空閑時間：1.3μs。
• 啟動條件保持時間：0.6μs。
• SCL脈沖寬度低：1.3μs。
• SCL脈沖寬度高：0.6μs。

五、工作原理

DAC操作

MAX5821采用分段電阻串DAC架構(gòu)，這種架構(gòu)可以節(jié)省系統(tǒng)整體功耗，并保證輸出的單調(diào)性。其輸入編碼為直二進(jìn)制，輸出電壓由公式(V{OUT }=frac{V{REF } times(D)}{2^{N}})計算得出，其中(N = 10)（位），(D)為輸入代碼的十進(jìn)制值（0至1023）。

輸出緩沖

模擬輸出由精密的單位增益跟隨器緩沖，壓擺率為0.5V/μs。每個緩沖器輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動，并且能夠驅(qū)動5kΩ與200pF并聯(lián)的負(fù)載。輸出在4μs內(nèi)可穩(wěn)定至±0.5LSB。

上電復(fù)位

MAX5821具有內(nèi)部POR電路，上電時初始化設(shè)備。DAC寄存器設(shè)置為零刻度，設(shè)備進(jìn)入掉電模式，輸出緩沖器禁用，輸出通過100kΩ終端電阻拉至GND。上電后，在進(jìn)行任何轉(zhuǎn)換之前必須發(fā)起喚醒命令。

掉電模式

數(shù)字接口

MAX5821的數(shù)字接口為I2C/SMBus兼容的2線接口，由串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL）組成。在(V_{DD}=2.7V)至3.6V范圍內(nèi)，它與SMBus兼容。SDA和SCL可以實(shí)現(xiàn)MAX5821與主設(shè)備之間的雙向通信，速率最高可達(dá)400kHz。

六、使用注意事項

數(shù)字輸入和接口邏輯

MAX5821的2線數(shù)字接口與I2C/SMBus兼容，數(shù)字輸入（SCL和SDA）通過串行方式將數(shù)據(jù)加載到DAC中。施密特觸發(fā)緩沖輸入允許緩慢過渡的接口（如光耦合器）直接與設(shè)備接口，數(shù)字輸入與CMOS邏輯電平兼容。

電源旁路和接地管理

為了獲得最佳系統(tǒng)性能，需要注意PC板布局。應(yīng)將模擬和數(shù)字信號分開，以減少噪聲注入和數(shù)字饋通。使用接地平面，確保從GND到電源接地的接地回路短且阻抗低。在盡可能靠近設(shè)備的地方，使用0.1μF電容將(V_{DD})旁路到地。

七、總結(jié)

MAX5821是一款性能出色的雙路10位低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有低功耗、高速接口、多種輸出阻抗可選等優(yōu)點(diǎn)。它在多個應(yīng)用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，對于電子工程師來說，是一款值得考慮的器件。大家在實(shí)際設(shè)計中，是否也會優(yōu)先考慮這類低功耗、高性能的DAC呢？歡迎在評論區(qū)分享你的看法。