探索 MAX5154/MAX5155：低功耗双 12 位电压输出 DACs 的卓越性能

在当今的电子设计领域，低功耗、高精度的数字 - 模拟转换器（DAC）的需求日益增长。MAX5154/MAX5155作为 MAXIM 推出的两款低功耗、双 12 位电压输出 DACs，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为了电子工程师的首选之一。今天，就让我们深入了解这两款器件。

文件下载：MAX5154.pdf

一、产品概述

MAX5154/MAX5155 是一款低功耗、串行、电压输出的双 12 位 DAC。它采用单 +5V（MAX5154）或 +3V（MAX5155）供电，功耗仅为 500µA，具有 Rail - to - Rail® 输出摆幅，并采用 16 引脚 QSOP 封装，节省空间。DAC 输出放大器内部增益为 +2V/V，可最大化动态范围。其 3 线串行接口与 SPI™/QSPI™ 和 Microwire™ 兼容，为设计带来了极大的灵活性。

二、特性亮点

高精度与高性能

• 分辨率与线性度：具备 12 位分辨率，可实现高精度的模拟输出。积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）表现出色，保证了输出的准确性和单调性。例如，MAX5154A 的 INL 可达 ±1/2 LSB，确保了输出信号的高精度。
• 快速响应：输出建立时间仅为 12µs，能够快速响应输入信号的变化，满足实时性要求较高的应用场景。

低功耗设计

• 正常与关机模式：正常工作时，静态电流仅为 500µA；进入关机模式后，电流可降至 2µA，大大降低了功耗，延长了电池供电设备的续航时间。

接口兼容性

• 多种接口标准：3 线串行接口与 SPI/QSPI 和 Microwire 兼容，方便与各种微控制器和处理器进行连接，简化了设计过程。

其他特性

• 可调节输出偏移：通过 OS_ 引脚可实现输出电压的偏移调节，满足不同应用的需求。
• 可编程逻辑引脚：提供可编程逻辑引脚 UPO，可用于控制外部设备，减少了微控制器 I/O 引脚的使用。
• 串行数据输出：DOUT 引脚支持设备的菊花链连接和数据回读，方便实现多器件级联。

三、应用领域

工业控制

• 工业过程控制：在工业自动化系统中，可用于精确控制各种执行器，如电机、阀门等，实现对工业过程的精准调节。
• 远程工业控制：支持远程数据传输和控制，可应用于远程监控和控制系统，提高工业生产的效率和安全性。

测试与测量

• 自动测试设备（ATE）：为测试设备提供高精度的模拟信号，确保测试结果的准确性和可靠性。

其他应用

• 数字偏移和增益调整：可用于调整信号的偏移和增益，优化系统性能。
• 微处理器控制的系统：与微处理器配合使用，实现对模拟信号的精确控制和处理。

四、电气特性

绝对最大额定值

在使用过程中，需要注意器件的绝对最大额定值，如电源电压、输入电压、电流等。例如，VDD 到 AGND 的电压范围为 -0.3V 到 +6V，超出这些范围可能会导致器件损坏。

静态性能

包括分辨率、积分非线性、微分非线性、偏移误差等参数，这些参数决定了器件的输出精度和稳定性。例如，MAX5154 的分辨率为 12 位，INL 可达 ±1/2 LSB，确保了输出信号的高精度。

动态性能

如电压输出摆率、输出建立时间、输出电压摆幅等，这些参数反映了器件的响应速度和动态特性。例如，输出建立时间为 15µs，可快速响应输入信号的变化。

电源特性

电源电压范围、电源电流等参数影响着器件的功耗和稳定性。MAX5154 在正常工作时的电源电流为 0.5 - 0.65mA，关机模式下可降至 2 - 10µA，体现了其低功耗特性。

时序特性

包括时钟周期、脉冲宽度、建立时间、保持时间等参数，这些参数对于正确使用串行接口至关重要。例如，SCLK 时钟周期最小为 100ns，确保了数据的正确传输。

五、典型工作特性

通过典型工作特性曲线，我们可以直观地了解器件在不同条件下的性能表现。例如，参考电压输入频率响应曲线展示了器件在不同频率下的输出特性；总谐波失真加噪声与频率的关系曲线反映了器件的噪声性能。这些特性曲线为工程师在设计过程中提供了重要的参考依据。

六、引脚描述

PIN	NAME	FUNCTION
1	AGND	模拟地
2	OUTA	DAC A 输出电压
3	OSA	DAC A 偏移调整
4	REFA	DAC A 的参考电压
5	CL	低电平有效清除输入，将所有寄存器复位为零，DAC 输出为 0V
6	CS	片选输入
7	DIN	串行数据输入
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
12	PDL	掉电锁定，低电平时禁止软件关机
13	REFB	DAC B 的参考电压
14	OSB	DAC B 偏移调整
15	OUTB	DAC B 输出电压
16	VDD	正电源

七、详细工作原理

参考输入

参考输入可接受 AC 和 DC 信号，电压范围为 0V 到 (VDD - 1.4V)。输出电压可通过公式 (V{OUT }=left(V{REF } × NB / 4096right) × 2) 计算，其中 NB 为 DAC 的二进制输入代码的数值，VREF 为参考电压。

输出放大器

输出放大器内部电阻提供 +2V/V 的增益，可通过 OS_ 引脚调整输出偏移电压。放大器的典型压摆率为 0.75V/µs，在 15µs 内可稳定到 1/2LSB。

掉电模式

器件支持软件可编程关机模式，关机时典型电源电流降至 2µA。两个 DAC 可独立或同时关机，关机模式下参考输入和放大器输出呈高阻抗，串行接口保持活跃。

串行接口

3 线串行接口与 Microwire 和 SPI/QSPI 标准兼容，16 位串行输入字包括地址位、控制位、数据位和子位。通过地址和控制位可控制寄存器的更新和器件的工作状态。

串行数据输出

DOUT 引脚为内部移位寄存器的输出，支持器件的菊花链连接和数据回读。可选择在 SCLK 的下降沿（模式 0）或上升沿（模式 1）输出数据。

用户可编程逻辑输出（UPO）

UPO 可通过串行接口控制外部设备，上电时默认低电平。

掉电锁定输入（PDL）

PDL 低电平时禁止软件关机，可用于异步唤醒器件。

八、应用电路设计

单极性输出

通过配置电路，MAX5154/MAX5155 可实现单极性、轨到轨输出。例如，MAX5154 搭配 2.048V 参考电压可输出 0V 到 4.096V 的电压，MAX5155 搭配 1.25V 参考电压可输出 0V 到 2.5V 的电压。通过连接电压到 OS_ 引脚，可实现输出偏移。

双极性输出

可配置为双极性输出，输出电压由公式 (V{OUT }=V{REF }[((2 × NB) / 4096)-1]) 计算。

交流参考输入

在参考信号包含交流分量的应用中，器件在参考输入电压范围内具有乘法能力。通过特定的电路设计，可将正弦输入信号应用到 REF_ 引脚。

数字校准和阈值选择

在数字校准应用中，可通过光二极管和比较器实现数字校准，适用于转速计、运动传感等应用。

数字控制增益和偏移

两个 DAC 可用于控制偏移和增益，实现曲线拟合非线性函数，如传感器线性化或模拟压缩/扩展应用。

九、设计注意事项

电源考虑

上电时，输入和 DAC 寄存器清零。为保证额定性能，VREF_ 应至少比 VDD 低 1.4V。电源需用 4.7µF 电容和 0.1µF 电容并联旁路到 AGND，并尽量减小引线长度以降低电感。

接地和布局考虑

数字和交流瞬态信号可能在 AGND 上产生噪声，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正确的接地技术，精心布局通道间的走线，以减少交流串扰。

十、总结

MAX5154/MAX5155 以其低功耗、高精度、高兼容性等优点，在工业控制、测试测量等领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，可根据具体需求合理选择器件，并注意电源、接地和布局等方面的设计要点，以充分发挥器件的性能。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。