MAX535/MAX5351：低功耗13位电压输出DAC的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，数模转换器（DAC）是非常关键的元件，它能将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于各种电子设备中。今天，我们就来深入了解一下MAXIM公司的MAX535/MAX5351这两款低功耗、13位电压输出DAC。

文件下载：MAX535.pdf

一、产品概述

MAX535/MAX5351将低功耗、电压输出的13位DAC和精密输出放大器集成在一个8引脚的µMAX或DIP封装中。其中，MAX535采用单+5V电源供电，MAX5351则采用单+3.3V电源供电，两款器件的供电电流仅为280µA，功耗极低。

输出放大器的反相输入可供用户使用，这使得它们能够实现特定的增益配置、远程感应以及高输出电流能力，非常适合工业过程控制等广泛的应用场景。此外，它们还具备软件关机和上电复位等功能，其串行接口兼容SPI™/QSPI™或Microwire™，DAC采用双缓冲输入，由输入寄存器和DAC寄存器组成。

二、产品特性

（一）高性能DAC与输出放大器

• 13位分辨率：能够提供较高的转换精度，满足大多数应用对模拟输出精度的要求。
• 可配置输出放大器：用户可以根据实际需求对输出放大器进行配置，实现不同的增益和信号调理功能。

  （二）低功耗设计

• 正常工作电流低：仅0.24mA（MAX5351）和0.28mA（MAX535），有效降低了系统的功耗。
• 关机模式功耗极低：关机模式下电流仅为2µA，进一步节省了能源。

  （三）多种功能特性

• 上电复位：上电时将DAC输出清零至0V，确保系统的稳定性。
• 兼容多种接口：SPI/QSPI和Microwire兼容，方便与各种微处理器和控制器进行接口。
• 施密特触发数字输入：可直接与光耦合器接口，增强了抗干扰能力。

三、应用领域

MAX535/MAX5351的应用范围十分广泛，主要包括以下几个方面：

（一）工业过程控制

在工业自动化生产中，需要精确的模拟信号来控制各种执行器和传感器。MAX535/MAX5351的高精度和低功耗特性，使其能够满足工业过程控制对稳定性和可靠性的要求。

（二）自动测试设备

在测试设备中，需要快速、准确地生成各种模拟信号，以对被测设备进行性能测试。MAX535/MAX5351的高速转换和高分辨率特性，能够满足自动测试设备对信号质量的要求。

（三）数字偏移和增益调整

在一些需要精确调整信号偏移和增益的应用中，MAX535/MAX5351可以通过数字控制的方式，实现对模拟信号的精确调整。

（四）运动控制

在运动控制系统中，需要精确的模拟信号来控制电机的转速和位置。MAX535/MAX5351的高输出电流能力和快速响应特性，能够满足运动控制对实时性和精度的要求。

四、电气特性

（一）静态性能

• 分辨率：13位，能够提供较高的转换精度。
• 积分非线性（INL）：不同型号的INL值有所不同，如MAX535A的INL为±0.5LSB，MAX535B为±1.0LSB等。
• 差分非线性（DNL）：保证单调，DNL值为±1.0LSB。

  （二）动态性能

• 电压输出摆率：典型值为0.6V/µs，能够快速响应输入信号的变化。
• 输出建立时间：至±1/2LSB，VSTEP = 2.5V时为16µs，确保输出信号能够快速稳定。

  （三）电源特性

• 电源电压：MAX535的电源电压范围为4.5V - 5.5V，MAX5351为3.15V - 3.6V。
• 电源电流：正常工作时电流较小，关机模式下电流更低。

五、引脚配置与功能

MAX535/MAX5351采用8引脚封装，各引脚功能如下：	PIN	NAME	FUNCTION
1	OUT	DAC输出电压
2	CS	芯片选择输入，低电平有效
3	DIN	串行数据输入
4	SCLK	串行时钟输入
5	FB	DAC输出放大器反馈
6	REF	参考电压输入
7	GND	接地
8	VDD	正电源

六、详细工作原理

（一）参考输入

参考输入可以接受正直流和交流信号，其电压决定了DAC的满量程输出电压。参考输入电压范围为0V至（VDD - 1.4V），输出电压（VOUT）可通过公式[V{OUT }=left(V{REF } × NB / 8192right) times Gain]计算，其中NB是DAC二进制输入代码的数值，VREF是参考电压，Gain是外部设置的电压增益。

（二）输出放大器

DAC输出由一个精密放大器进行内部缓冲，典型摆率为0.6V/µs。用户可以通过访问输出放大器的反相输入，灵活设置输出增益和进行信号调理。

（三）关机模式

MAX535/MAX5351支持软件可编程关机，将输入控制字写为111XXXXXXXXXXXXX可进入关机模式，此时输出放大器和参考输入进入高阻抗状态，串行接口保持活跃，输入寄存器中的数据得以保留。退出关机模式可通过恢复先前配置或更新DAC数据实现。

（四）串行接口

采用3线串行接口，兼容Microwire™和SPI™/QSPI™。串行输入字由3个控制位和13个数据位（MSB优先）组成，3位控制代码决定了MAX535/MAX5351的响应。

七、应用电路设计

（一）单极性输出

单极性输出时，输出电压和参考输入极性相同。典型的单极性输出电路可实现0V至VREF的输出范围，具体输出代码可参考相关表格。

（二）双极性输出

通过特定电路配置，MAX535/MAX5351可实现双极性输出，输出电压计算公式为[V{OUT }=V{REF }[(2 N B / 8192)-1]]，其中NB是DAC二进制输入代码的数值。

（三）使用交流参考

在参考信号包含交流成分的应用中，MAX535/MAX5351在参考输入范围规格内具有乘法能力。可采用将正弦波信号偏移后再应用于REF的技术。

（四）数字可编程电流源

通过在运算放大器反馈回路中放置NPN晶体管，可实现数字可编程单向电流源，用于驱动4 - 20mA电流回路，常用于工业控制应用。

八、设计注意事项

（一）电源考虑

上电时，输入和DAC寄存器会被清零。为保证MAX535/MAX5351的额定性能，REF应至少比VDD低1.4V，同时需使用4.7µF电容和0.1µF电容并联旁路VDD至GND，并尽量缩短引线长度，将旁路电容靠近电源引脚放置。

（二）接地和布局考虑

GND上的数字或交流瞬态信号可能会在模拟输出端产生噪声，因此应将GND连接到质量最好的接地端。良好的印刷电路板接地布局可以减少DAC输出、参考输入和数字输入之间的串扰，应尽量将模拟线路与数字线路分开，不建议使用绕线板。

九、订购信息

MAX535/MAX5351有多种型号可供选择，不同型号在温度范围、引脚封装和INL等方面有所差异。具体型号和参数可参考文档中的订购信息表格。

综上所述，MAX535/MAX5351是两款性能卓越的低功耗13位电压输出DAC，具有丰富的功能和广泛的应用场景。电子工程师在进行相关设计时，可以根据具体需求选择合适的型号，并注意设计过程中的各种细节，以充分发挥其性能优势。你在使用这类DAC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。