MAX5721：低功耗10位双电压输出DAC的卓越之选

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的重要桥梁。今天，我们就来深入了解一款性能出色的DAC——MAX5721，它由Maxim Integrated Products推出，是一款10位、低功耗、双电压输出且带有串行接口的DAC。

文件下载：MAX5721.pdf

一、产品概述

MAX5721采用节省空间的8引脚µMAX®封装（5mm × 3mm），其供电电压范围为+2.7V至+5.5V，供电电流仅112µA，非常适合低功耗和低电压应用。它的DAC输出采用片上精密输出放大器，可实现轨到轨摆动。参考输入电压范围为0至VDD，在掉电模式下，参考输入呈高阻抗，进一步降低了系统的总功耗。

二、产品特点

低功耗特性

• 功耗极低，在 (V{DD}= +3.6V) 时为112µA，在 (V{DD}= +5.5V) 时为135µA。
• 掉电电流仅0.3µA，能有效降低系统整体功耗，延长电池供电设备的续航时间。

宽供电范围

支持+2.7V至+5.5V的单电源供电，为不同的应用场景提供了广泛的电源选择，增强了产品的适应性。

小巧封装

采用8引脚µMAX封装，体积小巧，节省了电路板空间，适合对空间要求较高的设计。

性能保障

• 保证10位单调性（±1LSB DNL），确保输出的线性度和稳定性。
• 上电复位时，DAC输出安全地复位到零伏，为驱动阀门或其他需要在上电时关闭的传感器的应用提供了额外的安全保障。

灵活的掉电模式

具有三种软件可选的掉电阻抗（100kΩ、1kΩ、高阻抗），可根据实际需求灵活配置，进一步优化系统功耗。

高速串行接口

支持20MHz的3线SPI™、QSPI™、MICROWIRE™和DSP兼容串行接口，节省了电路板空间，降低了光耦和变压器隔离应用的复杂度。

轨到轨输出缓冲放大器

输出缓冲放大器具有轨到轨的共模和输出电压范围，能提供稳定的输出信号。

宽工作温度范围

可在-40°C至+125°C的汽车级温度范围内正常工作，适应各种恶劣环境。

三、电气特性

静态精度

• 分辨率为10位，能提供较为精细的模拟输出。
• 积分非线性误差（INL）典型值为±0.5 LSB，最大为±4 LSB；差分非线性误差（DNL）保证单调，最大为±1 LSB。
• 零码误差（OE）典型值为0.4%的满量程（FS），最大为1.5% FS；零码误差温度系数为2.3 ppm/°C。
• 增益误差（GE）最大为±3% FS，增益误差温度系数为0.26 ppm/°C。
• 电源抑制比（PSRR）在代码为3FF hex、∆VDD = ±10%时典型值为58.8 dB。

参考输入

• 参考输入电压范围为0至VDD，参考输入阻抗在工作时为64 - 126 kΩ，掉电模式下为2 MΩ。
• 掉电模式下参考电流最大为10µA。

DAC输出

• 无负载时输出电压范围为0至VDD。
• 代码为200 hex时，直流输出阻抗典型值为0.8 Ω。
• 短路电流在 (V{DD}= +3V) 时为15 mA，在 (V{DD}= +5V) 时为48 mA。
• 唤醒时间在 (V{DD}= +3V) 和 (V{DD}= +5V) 时均为8 µs。
• 掉电模式下输出高阻抗时，输出泄漏电流最大为±18 nA。

数字输入

• 输入高电压 (V{IH}) 为0.7 x (V{DD})，输入低电压 (V{IL}) 为0.3 x (V{DD})。
• 输入泄漏电流最大为±1 µA，输入电容典型值为5 pF。

动态性能

• 电压输出压摆率典型值为0.5 V/µs。
• 从100 hex到300 hex的电压输出建立时间典型值为4 µs，最大为10 µs。
• 数字馈通典型值为0.1 nV - s，数字 - 模拟毛刺脉冲在主要进位转换（代码1FF hex到代码200 hex）时典型值为12 nV - s。

电源要求

• 供电电压范围为2.7 - 5.5 V。
• 无负载时，所有数字输入为0或 (V{DD}= 3.6V) 时，供电电流典型值为112 µA，最大为205 µA； (V{DD}= 5.5V) 时，典型值为135 µA，最大为215 µA。
• 掉电供电电流在所有数字输入为0或 (V_{DD}= 5.5V) 时典型值为0.29 µA，最大为1 µA。

四、引脚描述

PIN	NAME	FUNCTION
1	VDD	电源输入
2	GND	接地
3	CS	芯片选择输入
4	SCLK	串行时钟输入
5	DIN	串行数据输入
6	REF	外部参考电压输入
7, 8	OUTA, OUTB	DAC电压输出。上电复位时，DAC寄存器置零，并通过100kΩ电阻将OUT内部连接到GND

五、详细工作原理

参考输入与DAC输出范围

参考输入可接受正的直流和交流信号，REF引脚的电压设定了两个DAC的满量程输出电压。参考输入电压范围为0至VDD，REF引脚的阻抗为90kΩ。DAC输出电压 (V{OUT}) 由数字可编程电压源表示：(V{OUT} = (V{REF} × D) / 2^{10})，其中D是二进制DAC输入代码的十进制等效值，范围从0到1023，(V{REF}) 是REF引脚的电压。

输出缓冲放大器

所有DAC输出均内部缓冲，缓冲放大器具有轨到轨的共模和输出电压范围（GND至 (V{REF})）。在 (C{L}=200 pF) 和 (R_{L}=5 kΩ) 时，缓冲器为单位增益稳定。上电时缓冲放大器禁用，各个DAC输出通过100kΩ电阻短路到GND。可通过编程输入寄存器控制位单独或全部关闭缓冲放大器，掉电期间输入和DAC寄存器的内容保持不变，唤醒时所有DAC输出恢复到掉电前的电压值。

掉电模式

在掉电模式下，DAC输出可编程为三种输出状态之一：1kΩ、100kΩ或浮空。REF输入呈高阻抗（典型值2MΩ），以节省系统参考的电流消耗，因此系统参考无需掉电。从完全掉电到上电的恢复时间为8µs，掉电模式可将电流消耗降低到0.5µA。

3线串行接口

MAX5721的数字接口是标准的3线连接，与SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP接口兼容。芯片选择输入（CS）用于框定DIN处的串行数据加载。CS从高到低转换后，数据在串行时钟输入（SCLK）的下降沿同步移位并锁存到输入寄存器。16位数据加载到串行输入寄存器后，其内容传输到DAC锁存器。(overline{CS}) 可以保持低电平或变为高电平，但在下一次写入序列之前，(overline{CS}) 必须至少保持80ns的高电平，因为写入序列在CS的下降沿启动。在前15个SCLK周期内不保持CS低电平将丢弃输入数据。串行时钟（SCLK）在转换之间可以空闲为高电平或低电平。

上电复位（POR）

MAX5721具有内部POR电路。上电时，所有DAC掉电，OUT通过100kΩ电阻接地，输入和DAC寄存器的内容清零。发出唤醒命令后，在写入DAC寄存器之前需要8µs的恢复时间，而掉电模式控制命令可以立即应用，无需恢复时间。

六、应用信息

单极性输出

典型应用电路可将MAX5721配置为单极性输出，此时输出电压和参考输入具有相同的极性。单极性输出代码可参考相关表格。

双极性输出

通过使用双电源运算放大器，MAX5721可配置为双极性操作。双极性操作的传递函数为：(V{OUT} = V{REF} [ (2D / 1024) - 1 ])，其中 (D_{B}) 是DAC二进制输入代码的十进制值。

电源和布局考虑

为了实现最佳系统性能，需要进行精心的PCB布局。要将模拟和数字信号分开，以减少噪声注入和数字馈通。确保从GND到电源地的返回路径短且阻抗低，使用接地平面，并在VDD和GND之间尽可能靠近VDD处使用0.1µF的旁路电容。

七、总结

MAX5721凭借其低功耗、小封装、高性能等特点，在自动调谐、增益和偏移调整、功率放大器控制、过程控制I/O板、电池供电仪器、VCO控制等众多应用场景中具有广阔的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，可以充分考虑MAX5721的优势，以实现更高效、更稳定的系统设计。大家在实际应用中是否遇到过类似DAC的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。