AD5313/AD5323：高性能双路DAC的卓越之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界与模拟世界的关键桥梁。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices公司推出的AD5313/AD5323，这两款双路、10/12位缓冲电压输出DAC，它们在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

文件下载：AD5313.pdf

一、产品概述

AD5313/AD5323采用16引脚TSSOP封装，工作于2.5V至5.5V单电源，在3V时功耗仅为230μA。其片上输出放大器可实现轨到轨输出摆幅，压摆率达0.7V/μs。它们利用通用的3线串行接口，时钟速率最高可达30MHz，兼容SPI、QSPI™、MICROWIRE™和DSP接口标准。

二、产品特性

（一）高精度与高分辨率

• 分辨率：AD5313为10位，AD5323为12位，能满足不同精度需求。
• 相对精度：AD5313的A版本INL为±4 LSB，B版本为±2 LSB；AD5323的A版本INL为±16 LSB，B版本为±8 LSB。
• 微分非线性（DNL）：两款器件均保证在所有代码范围内单调，AD5313的DNL为±0.05至±0.5 LSB，AD5323为±0.2至±1 LSB。

（二）低功耗设计

• 正常工作功耗：在5V电源下为1.5mW，3V时为0.7mW。
• 掉电模式：可将电流消耗降至5V时200nA，3V时50nA，还能在掉电模式下提供软件可选输出负载。

（三）灵活的参考输入

每个DAC都有独立的参考输入引脚，可配置为缓冲或非缓冲输入。缓冲输入对驱动电压源呈现高阻抗；非缓冲模式下，参考电压范围可从GND到(V_{DD})。

（四）多种功能特性

• 上电复位：确保DAC输出上电至0V，直到对器件进行有效写入。
• 异步清零：通过CLR引脚可将两个DAC清零至0V。
• 同步更新：利用LDAC引脚可同时更新两个DAC的输出。
• 菊花链模式：使用SDO引脚可实现多个器件的菊花链连接，方便系统扩展。

三、工作原理

（一）数模转换架构

每个DAC通道由参考缓冲器、电阻串DAC和输出缓冲放大器组成。参考电压由VREFx引脚提供，理想输出电压公式为(V{OUT }=frac{V{R E F} × D}{2^{N}})，其中D为二进制代码的十进制等效值，N为DAC分辨率。

（二）电阻串结构

电阻串由一系列阻值为R的电阻组成，数字代码决定从电阻串的哪个节点提取电压输入到输出放大器，保证了单调性。

（三）参考输入配置

参考输入可通过BUF A和BUF B引脚控制为缓冲或非缓冲模式。缓冲模式下输入阻抗高；非缓冲模式下参考电压范围更宽。

（四）输出放大器

输出缓冲放大器能产生接近电源轨1mV的输出电压，输出范围为0.001V至(V{DD}-0.001V)，可驱动2kΩ与500pF并联的负载至GND和(V{DD})，压摆率为0.7V/μs。

四、接口与控制

（一）串行接口

采用3线串行接口，时钟速率最高30MHz，兼容多种标准。输入移位寄存器为16位，包含4位控制位和10/12位DAC数据。SYNC输入作为帧同步信号和芯片使能，数据在SYNC为低时传输。

（二）双缓冲接口

由输入寄存器和DAC寄存器组成，LDAC功能控制对DAC寄存器的访问。当LDAC为高时，DAC寄存器锁存；LDAC为低时，输入寄存器内容传输到DAC寄存器，可实现两个DAC输出的同步更新。

（三）掉电模式

通过控制字的PD1和PD0位选择三种掉电模式：1kΩ负载接地、100kΩ负载接地、高阻抗输出。掉电时，偏置发生器、输出放大器等线性电路关闭，但寄存器内容不受影响。

五、应用场景

（一）便携式电池供电仪器

低功耗特性使其非常适合便携式设备，延长电池续航时间。

（二）数字增益和偏移调整

可精确调整增益和偏移，提高系统性能。

（三）可编程电压和电流源

为系统提供可编程的电压和电流输出。

（四）可编程衰减器

实现信号的可编程衰减。

六、应用电路示例

（一）典型应用电路

可使用多种参考电压，若参考输入配置为非缓冲模式，可在0V至(V_{DD})参考范围内实现全一象限乘法功能。

（二）双极性操作

通过特定电路可实现双极性输出，输出电压范围可达(-5V < V_{OUT } < +5V)。

（三）光隔离接口

利用光隔离器可将AD5313/AD5323与控制器隔离，适用于过程控制和工业应用。

（四）多器件解码

通过SYNC引脚可对多个DAC进行解码，实现对多个通道的访问。

（五）数字可编程窗口检测器

利用两个DAC设置上下限，检测输入信号是否在设定窗口内。

（六）粗调和微调

将两个DAC配对使用，实现粗调和微调功能。

（七）菊花链模式

用于更新串行连接的设备或读取DAC内容进行诊断，通过SDO引脚实现多个器件的菊花链连接。

七、注意事项

（一）电源旁路和接地

为确保性能，需注意电源和接地布局。模拟和数字部分应分开，采用单点接地，电源引脚附近应提供充足的旁路电容。

（二）ESD防护

该器件对静电放电（ESD）敏感，应采取适当的ESD防护措施，避免性能下降或功能丧失。

AD5313/AD5323以其高精度、低功耗、灵活的接口和丰富的功能特性，为电子工程师在各种应用场景中提供了一个优秀的数模转换解决方案。在实际设计中，我们应根据具体需求合理选择和使用该器件，充分发挥其优势。你在使用类似DAC器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。