MAX5721：低功耗10位雙電壓輸出DAC的卓越之選

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，我們就來深入了解一款性能出色的DAC——MAX5721，它由Maxim Integrated Products推出，是一款10位、低功耗、雙電壓輸出且?guī)в写?a target="_blank">接口的DAC。

文件下載：MAX5721.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX5721采用節(jié)省空間的8引腳μMAX?封裝（5mm × 3mm），其供電電壓范圍為+2.7V至+5.5V，供電電流僅112μA，非常適合低功耗和低電壓應(yīng)用。它的DAC輸出采用片上精密輸出放大器，可實現(xiàn)軌到軌擺動。參考輸入電壓范圍為0至VDD，在掉電模式下，參考輸入呈高阻抗，進一步降低了系統(tǒng)的總功耗。

二、產(chǎn)品特點

低功耗特性

• 功耗極低，在 (V{DD}= +3.6V) 時為112μA，在 (V{DD}= +5.5V) 時為135μA。
• 掉電電流僅0.3μA，能有效降低系統(tǒng)整體功耗，延長電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。

寬供電范圍

支持+2.7V至+5.5V的單電源供電，為不同的應(yīng)用場景提供了廣泛的電源選擇，增強了產(chǎn)品的適應(yīng)性。

小巧封裝

采用8引腳μMAX封裝，體積小巧，節(jié)省了電路板空間，適合對空間要求較高的設(shè)計。

性能保障

• 保證10位單調(diào)性（±1LSB DNL），確保輸出的線性度和穩(wěn)定性。
• 上電復(fù)位時，DAC輸出安全地復(fù)位到零伏，為驅(qū)動閥門或其他需要在上電時關(guān)閉的傳感器的應(yīng)用提供了額外的安全保障。

靈活的掉電模式

具有三種軟件可選的掉電阻抗（100kΩ、1kΩ、高阻抗），可根據(jù)實際需求靈活配置，進一步優(yōu)化系統(tǒng)功耗。

高速串行接口

支持20MHz的3線SPI?、QSPI?、MICROWIRE?和DSP兼容串行接口，節(jié)省了電路板空間，降低了光耦和變壓器隔離應(yīng)用的復(fù)雜度。

軌到軌輸出緩沖放大器

輸出緩沖放大器具有軌到軌的共模和輸出電壓范圍，能提供穩(wěn)定的輸出信號。

寬工作溫度范圍

可在-40°C至+125°C的汽車級溫度范圍內(nèi)正常工作，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

三、電氣特性

靜態(tài)精度

• 分辨率為10位，能提供較為精細(xì)的模擬輸出。
• 積分非線性誤差（INL）典型值為±0.5 LSB，最大為±4 LSB；差分非線性誤差（DNL）保證單調(diào)，最大為±1 LSB。
• 零碼誤差（OE）典型值為0.4%的滿量程（FS），最大為1.5% FS；零碼誤差溫度系數(shù)為2.3 ppm/°C。
• 增益誤差（GE）最大為±3% FS，增益誤差溫度系數(shù)為0.26 ppm/°C。
• 電源抑制比（PSRR）在代碼為3FF hex、?VDD = ±10%時典型值為58.8 dB。

參考輸入

• 參考輸入電壓范圍為0至VDD，參考輸入阻抗在工作時為64 - 126 kΩ，掉電模式下為2 MΩ。
• 掉電模式下參考電流最大為10μA。

DAC輸出

• 無負(fù)載時輸出電壓范圍為0至VDD。
• 代碼為200 hex時，直流輸出阻抗典型值為0.8 Ω。
• 短路電流在 (V{DD}= +3V) 時為15 mA，在 (V{DD}= +5V) 時為48 mA。
• 喚醒時間在 (V{DD}= +3V) 和 (V{DD}= +5V) 時均為8 μs。
• 掉電模式下輸出高阻抗時，輸出泄漏電流最大為±18 nA。

數(shù)字輸入

• 輸入高電壓 (V{IH}) 為0.7 x (V{DD})，輸入低電壓 (V{IL}) 為0.3 x (V{DD})。
• 輸入泄漏電流最大為±1 μA，輸入電容典型值為5 pF。

動態(tài)性能

• 電壓輸出壓擺率典型值為0.5 V/μs。
• 從100 hex到300 hex的電壓輸出建立時間典型值為4 μs，最大為10 μs。
• 數(shù)字饋通典型值為0.1 nV - s，數(shù)字 - 模擬毛刺脈沖在主要進位轉(zhuǎn)換（代碼1FF hex到代碼200 hex）時典型值為12 nV - s。

電源要求

• 供電電壓范圍為2.7 - 5.5 V。
• 無負(fù)載時，所有數(shù)字輸入為0或 (V{DD}= 3.6V) 時，供電電流典型值為112 μA，最大為205 μA； (V{DD}= 5.5V) 時，典型值為135 μA，最大為215 μA。
• 掉電供電電流在所有數(shù)字輸入為0或 (V_{DD}= 5.5V) 時典型值為0.29 μA，最大為1 μA。

四、引腳描述

五、詳細(xì)工作原理

參考輸入與DAC輸出范圍

參考輸入可接受正的直流和交流信號，REF引腳的電壓設(shè)定了兩個DAC的滿量程輸出電壓。參考輸入電壓范圍為0至VDD，REF引腳的阻抗為90kΩ。DAC輸出電壓 (V{OUT}) 由數(shù)字可編程電壓源表示：(V{OUT} = (V{REF} × D) / 2^{10})，其中D是二進制DAC輸入代碼的十進制等效值，范圍從0到1023，(V{REF}) 是REF引腳的電壓。

輸出緩沖放大器

所有DAC輸出均內(nèi)部緩沖，緩沖放大器具有軌到軌的共模和輸出電壓范圍（GND至 (V{REF})）。在 (C{L}=200 pF) 和 (R_{L}=5 kΩ) 時，緩沖器為單位增益穩(wěn)定。上電時緩沖放大器禁用，各個DAC輸出通過100kΩ電阻短路到GND?？赏ㄟ^編程輸入寄存器控制位單獨或全部關(guān)閉緩沖放大器，掉電期間輸入和DAC寄存器的內(nèi)容保持不變，喚醒時所有DAC輸出恢復(fù)到掉電前的電壓值。

掉電模式

在掉電模式下，DAC輸出可編程為三種輸出狀態(tài)之一：1kΩ、100kΩ或浮空。REF輸入呈高阻抗（典型值2MΩ），以節(jié)省系統(tǒng)參考的電流消耗，因此系統(tǒng)參考無需掉電。從完全掉電到上電的恢復(fù)時間為8μs，掉電模式可將電流消耗降低到0.5μA。

3線串行接口

MAX5721的數(shù)字接口是標(biāo)準(zhǔn)的3線連接，與SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP接口兼容。芯片選擇輸入（CS）用于框定DIN處的串行數(shù)據(jù)加載。CS從高到低轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)在串行時鐘輸入（SCLK）的下降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，其內(nèi)容傳輸?shù)紻AC鎖存器。(overline{CS}) 可以保持低電平或變?yōu)楦唠娖?，但在下一次寫入序列之前?overline{CS}) 必須至少保持80ns的高電平，因為寫入序列在CS的下降沿啟動。在前15個SCLK周期內(nèi)不保持CS低電平將丟棄輸入數(shù)據(jù)。串行時鐘（SCLK）在轉(zhuǎn)換之間可以空閑為高電平或低電平。

上電復(fù)位（POR）

MAX5721具有內(nèi)部POR電路。上電時，所有DAC掉電，OUT通過100kΩ電阻接地，輸入和DAC寄存器的內(nèi)容清零。發(fā)出喚醒命令后，在寫入DAC寄存器之前需要8μs的恢復(fù)時間，而掉電模式控制命令可以立即應(yīng)用，無需恢復(fù)時間。

六、應(yīng)用信息

單極性輸出

典型應(yīng)用電路可將MAX5721配置為單極性輸出，此時輸出電壓和參考輸入具有相同的極性。單極性輸出代碼可參考相關(guān)表格。

雙極性輸出

通過使用雙電源運算放大器，MAX5721可配置為雙極性操作。雙極性操作的傳遞函數(shù)為：(V{OUT} = V{REF} [ (2D / 1024) - 1 ])，其中 (D_{B}) 是DAC二進制輸入代碼的十進制值。

電源和布局考慮

為了實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能，需要進行精心的PCB布局。要將模擬和數(shù)字信號分開，以減少噪聲注入和數(shù)字饋通。確保從GND到電源地的返回路徑短且阻抗低，使用接地平面，并在VDD和GND之間盡可能靠近VDD處使用0.1μF的旁路電容。

七、總結(jié)

MAX5721憑借其低功耗、小封裝、高性能等特點，在自動調(diào)諧、增益和偏移調(diào)整、功率放大器控制、過程控制I/O板、電池供電儀器、VCO控制等眾多應(yīng)用場景中具有廣闊的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可以充分考慮MAX5721的優(yōu)勢，以實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似DAC的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。