MAX5308/MAX5309：低功耗、低毛刺的八通道10位电压输出DAC

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，我们要深入探讨的是MAXIM公司的MAX5308/MAX5309，这两款低功耗、低毛刺的八通道10位电压输出DAC，它们在众多应用场景中都有着出色的表现。

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一、产品概述

MAX5308/MAX5309采用节省空间的16引脚TSSOP封装，集成了八个10位DAC。其电源电压范围宽，为+2.7V至+5.5V，每个DAC的最大供电电流小于215µA，非常适合低功耗和低电压应用。同时，它们的低2nV - s毛刺能量特性，使其成为快速响应闭环系统数字控制的理想选择。

不同点

MAX5308具有数字输出（DOUT），可用于多个设备的菊花链连接；而MAX5309则有硬件复位输入（CLR），能将所有寄存器和DAC清零。此外，两款产品都具备软件关机功能，可将供电电流降低至1µA，还具有负载DAC（LDAC）功能，能同时更新所有八个DAC的输出。

二、产品特性

高度集成

在仅6.4mm × 5mm的16引脚TSSOP封装中集成了八个10位DAC，大大节省了电路板空间。

超低毛刺能量

毛刺能量小于2nV - s，有效减少了信号干扰，提高了系统的稳定性。

低总供电电流

在(V{REF}=V{DD}= +5.5V)时，最大总供电电流仅为1.7mA，符合低功耗设计要求。

宽单电源范围

+2.7V至+5.5V的宽单电源范围，增加了产品的适用性。

快速建立时间

仅需5µs的建立时间，能够快速响应输入信号的变化。

软件可选关机模式

关机模式下电流小于1µA，进一步降低了功耗。

兼容多种串行接口

支持15MHz的3线SPI、QSPI和MICROWIRE兼容串行接口，方便与各种微控制器和数字系统连接。

上电复位至零刻度

确保系统上电时DAC输出为零，提高了系统的安全性。

三、电气特性

静态精度

• 分辨率：10位，能够提供较高的精度。
• 积分非线性（INL）：典型值为±0.5 LSB，最大值为±2 LSB。
• 差分非线性（DNL）：保证单调，最大值为±0.5 LSB。
• 偏移误差：典型值为±10mV，最大值为±60mV。
• 偏移误差温度系数：典型值为±10µV/°C。
• 增益误差：典型值为±0.1% FS，最大值为±1% FS。
• 增益误差温度系数：典型值为±5ppm/°C。

参考输入

• 参考输入电压范围：0.8V至(V_{DD})。
• 参考输入阻抗：典型值为200kΩ。
• 参考电流：掉电模式下为1 - 10µA。

DAC输出

• 输出电压范围：空载时为0.020V至(V_{DD}- 0.020V)。
• 直流输出阻抗：典型值为0.5Ω。
• 电容负载：最大为500pF。
• 电阻负载：最小为2kΩ。
• 短路电流：(V{DD}= +5V)时为33mA，(V{DD}= +2.7V)时为20mA。
• 唤醒时间：从关机模式唤醒的时间为24µs。

数字输入输出

• 输入高电压：(V{DD}= +5V ±10%)时为2.4V，(V{DD}= +3V ±10%)时为2.1V。
• 输入低电压：(V{DD}= +5V ±10%)时为0.8V，(V{DD}= +3V ±10%)时为0.6V。
• 输入泄漏电流：所有数字输入为0或(V_{DD})时，典型值为±0.1µA，最大值为±10µA。
• 输入电容：典型值为10pF。
• 数字输出（MAX5308）：输出低电压最大值为0.5V，输出高电压为(V_{DD}- 0.5V)。

动态性能

• 电压输出压摆率：正负极性均为1V/µs。
• 电压输出建立时间：从FFHhex到2FFhex为5µs。
• 数字馈通：代码为0，所有数字输入从0到(V_{DD})时为0.5nV - s。
• DAC毛刺脉冲：主要进位毛刺为2nV - s。
• DAC输出噪声：典型值为600µVp - p。
• DAC间串扰：为0.5nV - s。

电源要求

• 电源电压范围：2.7V至5.5V。
• 空载供电电流：在不同电源和参考电压条件下有所不同，关机模式下为1 - 10µA。

时序特性

• 串行时钟频率：最大为15MHz。
• SCLK脉冲宽度高：为33ns。
• SCLK脉冲宽度低：为33ns。
• CS下降到SCLK下降建立时间：为16ns。
• SCLK下降到CS上升建立时间：为20ns。
• LDAC脉冲宽度低：为20ns。
• CLR脉冲宽度低（MAX5309）：为20ns。
• DIN到SCLK下降建立时间：为16ns。
• DIN到SCLK下降保持时间：为10ns。
• CS脉冲宽度高：为20ns。
• SCLK上升到DOUT下降：负载电容为20pF时为50ns。
• SCLK上升到DOUT上升：负载电容为20pF时为50ns。

四、引脚配置与功能

引脚	名称	功能
1	SCLK	串行时钟输入，串行数据在SCLK的下降沿加载
2	DIN	串行数据输入
3	LDAC	负载DAC，异步低电平有效输入，用于同时更新DAC输出
4	REF	参考电压输入
5 - 12	OUT_	模拟输出信号
13	GND	接地
14	VDD	电源，需用0.1µF电容将VDD旁路到GND
15	DOUT（MAX5308）	数据输出，在SCLK的下降沿更新
CLR（MAX5309）	异步清除DAC，低电平有效输入，用于清除所有DAC和寄存器，将所有输出复位到零
16	CS	片选输入（低电平有效）

五、详细工作原理

整体结构

MAX5308/MAX5309采用双缓冲设计，包含一个16位串行到并行移位寄存器、上电复位（POR）电路和八个输出缓冲放大器。移位寄存器将16位串行字转换为并行数据，供每个输入寄存器使用，时钟速率最高可达15MHz。

串行接口

3线串行接口与MICROWIRE、SPI、QSPI和DSP兼容。片选输入（CS）用于框定DIN的串行数据加载，数据在SCLK的下降沿同步移位并锁存到输入寄存器。每个串行字为16位，前四位为控制字，后十位为数据位（MSB优先），最后两位必须为零。

数据传输

输入寄存器直接连接到移位寄存器，保存最近一次写入操作的结果。八个10位DAC寄存器保存相应DAC的当前输出代码。数据可以通过硬件接口（LDAC）或软件命令从输入寄存器传输到DAC寄存器。DAC的输出通过八个Rail - to - Rail®运算放大器进行缓冲。

关机模式

MAX5308/MAX5309具有三种软件控制的关机模式，可将供电电流降低到小于1µA。其中两种关机模式（关机2和3）将输出通过1kΩ或100kΩ（默认）电阻独立连接到地，第三种关机模式（关机1）使DAC输出为高阻抗。

串行数据输出（DOUT）

MAX5308的DOUT跟随DIN有16个时钟周期的延迟，能够驱动20pF负载，从SCLK下降沿起的最大延迟为50ns，主要用于多个设备的菊花链连接，也可用于监测串行接口的通信有效性。

硬件清除（CLR）

MAX5309的CLR输入为低电平时，可清除所有内部寄存器，关闭所有DAC，并将所有DAC输出通过100kΩ电阻连接到地。CLR是异步的，可在任何时候应用。

参考输入

外部参考输入的典型输入阻抗为200kΩ，输入电压范围为800mV至(V{DD})，(V{DD})可作为参考电压，此时DAC输出与(V_{DD})成比例。

输出缓冲

轨到轨缓冲放大器在电阻负载大于2kΩ且电容负载小于500pF的任何组合下都能保持稳定。在200pF电容负载下，输出缓冲器的压摆率为1V/µs，在1/4 FS到3/4 FS输出转换时，加载2kΩ与200pF并联负载时，放大器输出通常在小于10µs内稳定到1/2 LSB。

上电复位

MAX5308/MAX5309具有POR电路，在上电时将DAC输出设置为零，确保系统启动后不会立即出现不需要的DAC输出电压。

六、应用信息

菊花链连接

多个MAX5308可以通过将一个设备的DOUT引脚连接到下一个设备的DIN引脚进行菊花链连接。写入链时，将CS拉低，直到所有n × 16个时钟周期（n为链中设备的数量）和相关数据都应用到第一个设备。当CS拉高时，链中的每个设备对其输入寄存器中的16位数据进行操作。若要调整链中的单个设备，需要为其他所有设备加载无操作（NOP）命令。

单极性输出

MAX5308/MAX5309通常配置为单极性输出，不同数字代码对应不同的模拟输出电压。

双极性输出

通过特定电路可以将MAX5308/MAX5309的输出配置为双极性操作，输出电压计算公式为(VOUT = VREF [(2 D / 1024)-1])，其中D为DAC二进制输入代码的十进制值。

电源考虑

上电时，所有输入和DAC寄存器清零，DOUT为低电平。建议使用4.7µF电容与0.1µF电容并联将VDD旁路到GND，并尽量缩短引线长度，将旁路电容尽可能靠近电源引脚放置。

七、总结

MAX5308/MAX5309以其低功耗、低毛刺、高度集成等特性，在增益和偏移调整、功率放大器控制、过程控制I/O板、便携式仪器设备以及光组件控制等应用中具有显著优势。电子工程师在设计相关系统时，可以充分考虑这两款DAC的特点，以实现更高效、更稳定的设计。大家在实际应用中是否遇到过类似DAC的使用问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。