MAX5122/MAX5123：高性能12位串行力/感DAC的深度剖析

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關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討MAXIM公司的MAX5122/MAX5123這兩款+5V/+3V、12位、串行、力/感DAC，它們具備10ppm/°C的內(nèi)部參考，在諸多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出卓越的性能。

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1. 產(chǎn)品概述

MAX5122/MAX5123是低功耗、12位電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，集成了內(nèi)部精密帶隙參考和輸出放大器。MAX5122采用+5V單電源供電，內(nèi)部參考電壓為+2.5V；而MAX5123則使用+3V單電源，內(nèi)部參考電壓為+1.25V。兩款器件的供電電流僅為500μA，在掉電模式下可降至3μA，還具備上電復(fù)位功能，可選擇初始輸出狀態(tài)為0V或中值，有效減少上電時的輸出毛刺。

它們的串行接口與SPI?、QSPI?和MICROWIRE?兼容，便于級聯(lián)多個設(shè)備。每個DAC都有一個雙緩沖輸入，由輸入寄存器和DAC寄存器組成，通過16位移位寄存器將數(shù)據(jù)加載到輸入寄存器，DAC寄存器可獨(dú)立或與輸入寄存器同時更新。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 單電源供電

• MAX5122：+5V
• MAX5123：+3V

2.2 內(nèi)置高精度參考

• 最大溫度系數(shù)為10ppm/°C。
• MAX5122：+2.5V
• MAX5123：+1.25V

2.3 兼容多種串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的3線串行接口，方便與各種微控制器和系統(tǒng)集成。

2.4 可配置的掉電和上電復(fù)位模式

引腳可編程的掉電模式和上電復(fù)位功能，可選擇0V或中值輸出電壓。

2.5 緩沖輸出

能夠驅(qū)動5kΩ||100pF或4 - 20mA負(fù)載，適用于多種應(yīng)用場景。

2.6 節(jié)省空間的封裝

采用16引腳QSOP封裝，并且有引腳兼容的13位（MAX5132/MAX5133）和14位（MAX5171/MAX5173）升級版本可供選擇。

3. 電氣特性

3.1 靜態(tài)性能

• 分辨率：12位
• 積分非線性（INL）：MAX5122A為±0.5 LSB，MAX5122B為±1 LSB，MAX5123A為±1 LSB，MAX5123B為±2 LSB。
• 微分非線性（DNL）：±1 LSB
• 失調(diào)誤差：±10mV
• 增益誤差：-3mV至3mV

3.2 動態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率：0.6V/μs
• 輸出建立時間：至±0.5LSB，VSTEP = 2.5V（MAX5122）或1.25V（MAX5123）時為20μs
• 輸出電壓擺幅：0至VDD

3.3 電源要求

• 電源電壓：MAX5122為4.5V - 5.5V，MAX5123為2.7V - 3.6V
• 電源電流：正常工作時為500 - 600μA，掉電模式下為3 - 20μA

4. 引腳描述

5. 工作原理

5.1 內(nèi)部參考

兩款器件均采用板載精密帶隙參考，溫度系數(shù)低至10ppm/°C（最大），分別產(chǎn)生+2.5V（MAX5122）或+1.25V（MAX5123）的輸出電壓。REF引腳可提供高達(dá)100μA的電流，但電容負(fù)載超過100pF時可能會不穩(wěn)定。REFADJ可用于微調(diào)參考電壓。

5.2 外部參考

可將外部參考信號施加到REF引腳，通過將REFADJ拉至VDD禁用內(nèi)部參考。輸出電壓可通過公式(V{OUT }=V{REF }[(NB / 4096) G])計算，其中NB為輸入代碼的數(shù)值，VREF為外部參考電壓，G為輸出放大器的增益。

5.3 輸出放大器

DAC輸出由一個典型壓擺率為0.6V/μs的精密放大器內(nèi)部緩沖。用戶可通過訪問輸出放大器的反相輸入（FB）靈活設(shè)置放大器增益和進(jìn)行信號調(diào)理。當(dāng)連接為單位增益并加載5kΩ||100pF負(fù)載時，輸出放大器通常在20μs內(nèi)穩(wěn)定到±0.5LSB。負(fù)載小于1kΩ可能會導(dǎo)致性能下降。

5.4 掉電模式

支持軟件和硬件可編程的掉電模式，可將典型供電電流降至3μA。進(jìn)入掉電模式后，放大器輸出變?yōu)楦咦杩梗薪涌诒３只顒?，輸入寄存器中的?shù)據(jù)得以保存。退出掉電模式時，需同時加載輸入和DAC寄存器或從輸入寄存器更新DAC寄存器，并等待2ms（使用內(nèi)部參考）或20μs（使用外部參考）使輸出穩(wěn)定。

5.5 串行接口配置

3線串行接口與SPI、QSPI、PIC16/PIC17和MICROWIRE接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。16位輸入字包含三個控制位、12位數(shù)據(jù)位和一個始終為零的子位?？刂莆粵Q定DOUT轉(zhuǎn)換的時鐘沿、用戶可編程邏輯輸出的狀態(tài)以及掉電后設(shè)備的配置。

6. 應(yīng)用信息

6.1 定義

• 積分非線性（INL）：實(shí)際傳輸函數(shù)值與直線的偏差。
• 微分非線性（DNL）：實(shí)際步長與理想值1LSB的差值。
• 失調(diào)誤差：理想和實(shí)際偏移點(diǎn)的差值。
• 增益誤差：理想和實(shí)際滿量程輸出電壓的差值。

6.2 輸出配置

• 單極性輸出：通過內(nèi)部參考，MAX5122提供0至+4.99878V的單極性輸出范圍，MAX5123提供0至+2.49939V的輸出范圍。
• 雙極性輸出：可配置為單位增益雙極性操作，輸出電壓由公式(V{OUT }=V{REF }[{G(NB / 4096)}-1])計算。

6.3 復(fù)位和清除功能

CLR引腳可將輸出復(fù)位到特定值，具體取決于RSTVAL的設(shè)置。RSTVAL = DGND選擇輸出為0，RSTVAL = VDD選擇中值輸出。

6.4 級聯(lián)設(shè)備

多個MAX5122/MAX5123可通過將一個設(shè)備的DOUT引腳連接到下一個設(shè)備的DIN引腳進(jìn)行級聯(lián)，也可讓多個設(shè)備共享一個共同的DIN信號線，但需要更多的I/O線。

6.5 使用帶交流分量的外部參考

MAX5122/MAX5123在參考輸入電壓范圍內(nèi)具有乘法能力，可通過對交流信號進(jìn)行偏移后施加到參考輸入。

6.6 電源和旁路考慮

上電時，輸入和DAC寄存器清零為0（RSTVAL = DGND）或中值（RSTVAL = VDD）。電源（VDD）需用4.7μF和0.1μF電容旁路到AGND，盡量減小引線長度以降低引線電感。

6.7 布局考慮

數(shù)字和交流信號耦合到AGND可能會在輸出端產(chǎn)生噪聲，應(yīng)將AGND連接到高質(zhì)量的地，采用多層板和低電感接地平面等適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)。

7. 總結(jié)

MAX5122/MAX5123以其高性能、低功耗和靈活的配置，在工業(yè)過程控制、自動測試設(shè)備、數(shù)字偏移和增益調(diào)整、運(yùn)動控制以及微處理器控制系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計過程中，可根據(jù)具體需求選擇合適的器件，并合理考慮電源、布局等因素，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用這兩款DAC時，是否遇到過一些特殊的問題或有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。