MAX5122/MAX5123：高性能12位串行力/感DAC的深度剖析

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨MAXIM公司的MAX5122/MAX5123这两款+5V/+3V、12位、串行、力/感DAC，它们具备10ppm/°C的内部参考，在诸多应用场景中展现出卓越的性能。

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1. 产品概述

MAX5122/MAX5123是低功耗、12位电压输出的数模转换器，集成了内部精密带隙参考和输出放大器。MAX5122采用+5V单电源供电，内部参考电压为+2.5V；而MAX5123则使用+3V单电源，内部参考电压为+1.25V。两款器件的供电电流仅为500µA，在掉电模式下可降至3µA，还具备上电复位功能，可选择初始输出状态为0V或中值，有效减少上电时的输出毛刺。

它们的串行接口与SPI™、QSPI™和MICROWIRE™兼容，便于级联多个设备。每个DAC都有一个双缓冲输入，由输入寄存器和DAC寄存器组成，通过16位移位寄存器将数据加载到输入寄存器，DAC寄存器可独立或与输入寄存器同时更新。

2. 产品特性

2.1 单电源供电

• MAX5122：+5V
• MAX5123：+3V

2.2 内置高精度参考

• 最大温度系数为10ppm/°C。
• MAX5122：+2.5V
• MAX5123：+1.25V

2.3 兼容多种串行接口

SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的3线串行接口，方便与各种微控制器和系统集成。

2.4 可配置的掉电和上电复位模式

引脚可编程的掉电模式和上电复位功能，可选择0V或中值输出电压。

2.5 缓冲输出

能够驱动5kΩ||100pF或4 - 20mA负载，适用于多种应用场景。

2.6 节省空间的封装

采用16引脚QSOP封装，并且有引脚兼容的13位（MAX5132/MAX5133）和14位（MAX5171/MAX5173）升级版本可供选择。

3. 电气特性

3.1 静态性能

• 分辨率：12位
• 积分非线性（INL）：MAX5122A为±0.5 LSB，MAX5122B为±1 LSB，MAX5123A为±1 LSB，MAX5123B为±2 LSB。
• 微分非线性（DNL）：±1 LSB
• 失调误差：±10mV
• 增益误差：-3mV至3mV

3.2 动态性能

• 电压输出压摆率：0.6V/µs
• 输出建立时间：至±0.5LSB，VSTEP = 2.5V（MAX5122）或1.25V（MAX5123）时为20µs
• 输出电压摆幅：0至VDD

3.3 电源要求

• 电源电压：MAX5122为4.5V - 5.5V，MAX5123为2.7V - 3.6V
• 电源电流：正常工作时为500 - 600µA，掉电模式下为3 - 20µA

4. 引脚描述

引脚	名称	功能
1	FB	放大器反相感应输入（模拟输入）
2	OUT	模拟输出电压，掉电时为高阻抗
3	RSTVAL	复位值输入（数字输入），选择输出复位值为0V或中值
4	PDL	掉电锁定（数字输入），控制是否允许掉电
5	CLR	复位DAC输入（数字输入），将DAC复位到预定输出状态
6	CS	低电平有效片选输入（数字输入）
7	DIN	串行数据输入，在SCLK上升沿时钟输入
8	SCLK	串行时钟输入
9	DGND	数字地
10	DOUT	串行数据输出
11	UPO	用户可编程输出（数字输出）
12	PD	掉电输入（数字输入），拉高时进入掉电模式
13	AGND	模拟地
14	REF	缓冲参考输出/输入，可使用内部或外部参考
15	REFADJ	模拟参考调整输入，需用33nF电容旁路到AGND
16	VDD	正电源，需用0.1µF和4.7µF电容旁路到AGND

5. 工作原理

5.1 内部参考

两款器件均采用板载精密带隙参考，温度系数低至10ppm/°C（最大），分别产生+2.5V（MAX5122）或+1.25V（MAX5123）的输出电压。REF引脚可提供高达100µA的电流，但电容负载超过100pF时可能会不稳定。REFADJ可用于微调参考电压。

5.2 外部参考

可将外部参考信号施加到REF引脚，通过将REFADJ拉至VDD禁用内部参考。输出电压可通过公式(V{OUT }=V{REF }[(NB / 4096) G])计算，其中NB为输入代码的数值，VREF为外部参考电压，G为输出放大器的增益。

5.3 输出放大器

DAC输出由一个典型压摆率为0.6V/µs的精密放大器内部缓冲。用户可通过访问输出放大器的反相输入（FB）灵活设置放大器增益和进行信号调理。当连接为单位增益并加载5kΩ||100pF负载时，输出放大器通常在20µs内稳定到±0.5LSB。负载小于1kΩ可能会导致性能下降。

5.4 掉电模式

支持软件和硬件可编程的掉电模式，可将典型供电电流降至3µA。进入掉电模式后，放大器输出变为高阻抗，串行接口保持活动，输入寄存器中的数据得以保存。退出掉电模式时，需同时加载输入和DAC寄存器或从输入寄存器更新DAC寄存器，并等待2ms（使用内部参考）或20µs（使用外部参考）使输出稳定。

5.5 串行接口配置

3线串行接口与SPI、QSPI、PIC16/PIC17和MICROWIRE接口标准兼容。16位输入字包含三个控制位、12位数据位和一个始终为零的子位。控制位决定DOUT转换的时钟沿、用户可编程逻辑输出的状态以及掉电后设备的配置。

6. 应用信息

6.1 定义

• 积分非线性（INL）：实际传输函数值与直线的偏差。
• 微分非线性（DNL）：实际步长与理想值1LSB的差值。
• 失调误差：理想和实际偏移点的差值。
• 增益误差：理想和实际满量程输出电压的差值。

6.2 输出配置

• 单极性输出：通过内部参考，MAX5122提供0至+4.99878V的单极性输出范围，MAX5123提供0至+2.49939V的输出范围。
• 双极性输出：可配置为单位增益双极性操作，输出电压由公式(V{OUT }=V{REF }[{G(NB / 4096)}-1])计算。

6.3 复位和清除功能

CLR引脚可将输出复位到特定值，具体取决于RSTVAL的设置。RSTVAL = DGND选择输出为0，RSTVAL = VDD选择中值输出。

6.4 级联设备

多个MAX5122/MAX5123可通过将一个设备的DOUT引脚连接到下一个设备的DIN引脚进行级联，也可让多个设备共享一个共同的DIN信号线，但需要更多的I/O线。

6.5 使用带交流分量的外部参考

MAX5122/MAX5123在参考输入电压范围内具有乘法能力，可通过对交流信号进行偏移后施加到参考输入。

6.6 电源和旁路考虑

上电时，输入和DAC寄存器清零为0（RSTVAL = DGND）或中值（RSTVAL = VDD）。电源（VDD）需用4.7µF和0.1µF电容旁路到AGND，尽量减小引线长度以降低引线电感。

6.7 布局考虑

数字和交流信号耦合到AGND可能会在输出端产生噪声，应将AGND连接到高质量的地，采用多层板和低电感接地平面等适当的接地技术。

7. 总结

MAX5122/MAX5123以其高性能、低功耗和灵活的配置，在工业过程控制、自动测试设备、数字偏移和增益调整、运动控制以及微处理器控制系统等领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，可根据具体需求选择合适的器件，并合理考虑电源、布局等因素，以充分发挥其性能优势。大家在使用这两款DAC时，是否遇到过一些特殊的问题或有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。