MAX5383/MAX5384/MAX5385：低成本、低功耗8位DAC的理想之選

一、引言

在電子設(shè)計(jì)中，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。對(duì)于許多需要高精度模擬輸出的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇一款合適的DAC至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下MAXIM公司的MAX5383/MAX5384/MAX5385這三款低成本、低功耗的8位DAC。

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二、產(chǎn)品概述

MAX5383/MAX5384/MAX5385采用微型6引腳SOT23封裝，具有簡(jiǎn)單的3線SPI?/QSPI?/MICROWIRE?兼容串行接口，工作頻率最高可達(dá)10MHz。這三款芯片在供電電壓和內(nèi)部參考電壓上有所區(qū)別：

• MAX5383 ：內(nèi)部參考電壓為 +2V，供電電壓范圍是 +2.7V 至 +3.6V。
• MAX5384 ：內(nèi)部參考電壓為 +4V，供電電壓范圍是 +4.5V 至 +5.5V。
• MAX5385 ：供電電壓范圍為 +2.7V 至 +5.5V，內(nèi)部參考電壓等于 0.9 ?VDD。

它們的供電電流極低，典型值僅為 150μA，并且提供緩沖電壓輸出。芯片上電時(shí)輸出為零代碼，直到向DAC寄存器寫入新代碼，這為驅(qū)動(dòng)閥門或其他需要上電關(guān)閉的換能器的應(yīng)用提供了額外的安全保障。此外，它們還具備 1μA 的低功耗關(guān)斷模式，可通過(guò)軟件選擇 1kΩ、100kΩ 或 1MΩ 的接地輸出負(fù)載。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

這三款DAC的應(yīng)用十分廣泛，常見的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

• 自動(dòng)調(diào)諧（VCO）：在需要精確控制電壓以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧的壓控振蕩器（VCO）中，MAX5383/MAX5384/MAX5385能夠提供穩(wěn)定的模擬輸出，確保VCO的頻率穩(wěn)定。
• 功率放大器偏置控制：為功率放大器提供精確的偏置電壓，保證放大器的性能穩(wěn)定，提高效率。
• 可編程閾值電平：可根據(jù)不同的應(yīng)用需求，靈活設(shè)置閾值電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的精確處理。
• 自動(dòng)增益控制：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整增益，使輸出信號(hào)保持在合適的范圍內(nèi)。
• 自動(dòng)偏移調(diào)整：用于校正系統(tǒng)中的偏移誤差，提高系統(tǒng)的精度。

四、產(chǎn)品特性

4.1 高分辨率與小封裝

具有 8 位分辨率，采用微型 6 引腳 SOT23 封裝，節(jié)省了電路板空間，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

4.2 寬供電范圍

MAX5385 的供電電壓范圍為 +2.7V 至 +5.5V，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境，增加了產(chǎn)品的通用性。

4.3 低功耗

關(guān)斷模式下電流小于 1μA，正常工作時(shí)典型供電電流僅為 150μA，最大 230μA，非常適合低功耗應(yīng)用。

4.4 軟件可選擇輸出電阻

在關(guān)斷模式下，可通過(guò)軟件選擇 1kΩ、100kΩ 或 1MΩ 的接地輸出負(fù)載，滿足不同的應(yīng)用需求。

4.5 緩沖輸出

緩沖輸出能夠驅(qū)動(dòng)電阻性負(fù)載，確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。

4.6 低毛刺上電復(fù)位

上電復(fù)位時(shí)，DAC 輸出為零，且上電毛刺典型值小于 50mV，避免了上電時(shí)的異常輸出。

4.7 兼容接口

3 線 SPI/QSPI/MICROWIRE 兼容接口，方便與各種微控制器和其他數(shù)字設(shè)備連接。

4.8 高精度

MAX5385 的滿量程誤差小于 ±5%，積分非線性誤差（INL）和微分非線性誤差（DNL）最大為 ±1LSB，保證了輸出的精度。

五、電氣特性

5.1 靜態(tài)精度

• 分辨率：8 位，能夠提供 256 個(gè)離散的輸出電平。
• 積分線性誤差（INL）：最大為 ±1LSB，保證了輸出信號(hào)的線性度。
• 微分線性誤差（DNL）：保證單調(diào)，最大為 ±1LSB，確保輸出信號(hào)的單調(diào)性。
• 偏移誤差：不同型號(hào)的偏移誤差有所不同，MAX5385 的偏移誤差電源抑制比可達(dá) 60dB。
• 滿量程誤差：MAX5383/MAX5384 最大為 10%，MAX5385 最大為 5%。

5.2 動(dòng)態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率：正負(fù)極性均為 0.4V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。
• 輸出建立時(shí)間：在 50kΩ 和 50pF 負(fù)載下，達(dá)到 1/2LSB 的建立時(shí)間為 20μs。
• 數(shù)字饋通：代碼為 0 時(shí)，所有數(shù)字輸入從 0 到 VDD 的數(shù)字饋通為 2nVs。

5.3 電源要求

不同型號(hào)的供電電壓范圍不同，正常工作時(shí)無(wú)負(fù)載且所有數(shù)字輸入為 0 或 VDD、代碼為 255 時(shí)，供電電流典型值為 150μA，最大 230μA；關(guān)斷模式下電流小于 1μA。

5.4 數(shù)字輸入

輸入低電壓（VIL）最大為 0.3 × VDD，輸入高電壓（VIH）最小為 0.7 × VDD，輸入遲滯（VH）為 0.05 × VDD，輸入電容（CIN）為 10pF，輸入泄漏電流（IIN）最大為 ±1μA。

六、典型工作電路與引腳配置

6.1 典型工作電路

文檔中給出了典型的工作電路，電源電壓范圍為 +2.7V 至 +5.5V，通過(guò) SPI 接口與微控制器連接，輸出模擬信號(hào)。

6.2 引腳配置

七、詳細(xì)工作原理

7.1 模擬部分

采用電流導(dǎo)向 DAC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，核心是一個(gè)參考電壓 - 電流轉(zhuǎn)換器（V/I），它生成參考電流，該電流被鏡像到 255 個(gè)等權(quán)電流源。DAC 開關(guān)控制這些電流鏡的輸出，將所需比例的總電流鏡電流導(dǎo)向 DAC 輸出，然后通過(guò)電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓，再由輸出緩沖放大器進(jìn)行緩沖。

7.2 輸出電壓

8 位 DAC 代碼為二進(jìn)制單極性，1LSB = (VREF/256)。MAX5383/MAX5384 的滿量程輸出電壓分別為 (+2V - 1LSB) 和 (+4V - 1LSB)，由內(nèi)部參考電壓設(shè)定；MAX5385 的滿量程輸出電壓為 (0.9 ?VDD - 1LSB)。

7.3 輸出緩沖

DAC 電壓輸出是一個(gè)內(nèi)部緩沖的單位增益跟隨器，壓擺率可達(dá) ±0.4V/μs，輸出可在 0 到滿量程之間擺動(dòng)。在 1/4FS 到 3/4FS 輸出轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)負(fù)載為 10kΩ 并聯(lián) 50pF 時(shí)，放大器輸出典型情況下在小于 5μs 內(nèi)穩(wěn)定到 1/2LSB。緩沖放大器在電阻負(fù)載大于 10kΩ 且電容負(fù)載小于 50pF 的任何組合下都能穩(wěn)定工作。

7.4 上電復(fù)位

芯片具有上電復(fù)位電路，當(dāng) VDD 首次施加或 VDD 降至 1.7V（典型值）以下時(shí)，將 DAC 的輸出設(shè)置為 0，確保系統(tǒng)啟動(dòng)后不會(huì)立即出現(xiàn)不需要的 DAC 輸出電壓。

7.5 關(guān)斷模式

包含三種軟件控制的關(guān)斷模式，可將供電電流降低到小于 1μA。所有內(nèi)部電路均被禁用，在關(guān)斷時(shí)將一個(gè)已知阻抗從 OUT 連接到 GND，確保輸出為 0V。

7.6 數(shù)字部分 - 3 線串行接口

數(shù)字接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 3 線連接，與 SPI/QSPI/MICROWIRE 接口兼容。芯片選擇輸入（CS）用于框定數(shù)據(jù)輸入引腳（DIN）上的串行數(shù)據(jù)加載。CS 從高到低轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘輸入（SCLK）的上升沿同步移位并鎖存到輸入寄存器。16 位數(shù)據(jù)加載到串行輸入寄存器后，在 CS 從低到高轉(zhuǎn)換時(shí)將其內(nèi)容傳輸?shù)?DAC 鎖存器。需要注意的是，如果在整個(gè) 16 個(gè) SCLK 周期內(nèi) CS 未保持低電平，數(shù)據(jù)將被損壞，此時(shí)需要重新加載一個(gè)新的 16 位字。

八、應(yīng)用信息

8.1 外部參考供電

由于 MAX5385 的輸出電壓與 VDD 成比例，電源噪聲會(huì)影響片上參考的精度，從而影響 DAC 的整體精度。可以使用精密電壓參考（如 MAX6103 或 MAX6105）直接為器件供電，以抑制電源噪聲，提高系統(tǒng)的整體精度。

8.2 數(shù)字輸入與接口邏輯

8 位 DAC 的數(shù)字接口基于 3 線標(biāo)準(zhǔn)，與 SPI、QSPI 和 MICROWIRE 接口兼容。三個(gè)數(shù)字輸入（CS、DIN 和 SCLK）將數(shù)字輸入串行加載到 DAC 中。所有數(shù)字輸入都包含施密特觸發(fā)器緩沖器，可接受緩慢過(guò)渡的接口，這意味著光耦合器可以直接與 MAX5383/MAX5384/MAX5385 接口，無(wú)需額外的外部邏輯。數(shù)字輸入與 CMOS 邏輯電平兼容，無(wú)論供電電壓如何，都可以用高達(dá) +5.5V 的電壓驅(qū)動(dòng)。

8.3 電源旁路與布局

為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，需要進(jìn)行仔細(xì)的 PCB 布局。要將模擬和數(shù)字信號(hào)分開，以減少串?dāng)_和噪聲注入。建議使用接地平面，確保從 GND 到電源地的接地回路短且阻抗低。在靠近器件的地方使用 0.1μF 電容器將 VDD 旁路到地。如果電源噪聲過(guò)大，可以在電源和 VDD 之間串聯(lián)一個(gè) 10Ω 電阻，并增加額外的電容。

九、總結(jié)

MAX5383/MAX5384/MAX5385 這三款 DAC 以其低成本、低功耗、高分辨率和豐富的功能特性，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有很大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是對(duì)空間、功耗還是精度有要求的設(shè)計(jì)，它們都能提供可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號(hào)，并注意 PCB 布局和電源管理等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮這些 DAC 的性能。你在使用這類 DAC 時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。