MAX5383/MAX5384/MAX5385：低成本、低功耗8位DAC的理想之选

一、引言

在电子设计中，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的重要桥梁。对于许多需要高精度模拟输出的应用场景，选择一款合适的DAC至关重要。今天，我们就来深入了解一下MAXIM公司的MAX5383/MAX5384/MAX5385这三款低成本、低功耗的8位DAC。

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二、产品概述

MAX5383/MAX5384/MAX5385采用微型6引脚SOT23封装，具有简单的3线SPI™/QSPI™/MICROWIRE™兼容串行接口，工作频率最高可达10MHz。这三款芯片在供电电压和内部参考电压上有所区别：

• MAX5383 ：内部参考电压为 +2V，供电电压范围是 +2.7V 至 +3.6V。
• MAX5384 ：内部参考电压为 +4V，供电电压范围是 +4.5V 至 +5.5V。
• MAX5385 ：供电电压范围为 +2.7V 至 +5.5V，内部参考电压等于 0.9 ✕VDD。

它们的供电电流极低，典型值仅为 150µA，并且提供缓冲电压输出。芯片上电时输出为零代码，直到向DAC寄存器写入新代码，这为驱动阀门或其他需要上电关闭的换能器的应用提供了额外的安全保障。此外，它们还具备 1µA 的低功耗关断模式，可通过软件选择 1kΩ、100kΩ 或 1MΩ 的接地输出负载。

三、应用领域

这三款DAC的应用十分广泛，常见的应用场景包括：

• 自动调谐（VCO）：在需要精确控制电压以实现自动调谐的压控振荡器（VCO）中，MAX5383/MAX5384/MAX5385能够提供稳定的模拟输出，确保VCO的频率稳定。
• 功率放大器偏置控制：为功率放大器提供精确的偏置电压，保证放大器的性能稳定，提高效率。
• 可编程阈值电平：可根据不同的应用需求，灵活设置阈值电平，实现对信号的精确处理。
• 自动增益控制：在信号处理系统中，通过自动调整增益，使输出信号保持在合适的范围内。
• 自动偏移调整：用于校正系统中的偏移误差，提高系统的精度。

四、产品特性

4.1 高分辨率与小封装

具有 8 位分辨率，采用微型 6 引脚 SOT23 封装，节省了电路板空间，适合对空间要求较高的应用。

4.2 宽供电范围

MAX5385 的供电电压范围为 +2.7V 至 +5.5V，能够适应不同的电源环境，增加了产品的通用性。

4.3 低功耗

关断模式下电流小于 1µA，正常工作时典型供电电流仅为 150µA，最大 230µA，非常适合低功耗应用。

4.4 软件可选择输出电阻

在关断模式下，可通过软件选择 1kΩ、100kΩ 或 1MΩ 的接地输出负载，满足不同的应用需求。

4.5 缓冲输出

缓冲输出能够驱动电阻性负载，确保输出信号的稳定性。

4.6 低毛刺上电复位

上电复位时，DAC 输出为零，且上电毛刺典型值小于 50mV，避免了上电时的异常输出。

4.7 兼容接口

3 线 SPI/QSPI/MICROWIRE 兼容接口，方便与各种微控制器和其他数字设备连接。

4.8 高精度

MAX5385 的满量程误差小于 ±5%，积分非线性误差（INL）和微分非线性误差（DNL）最大为 ±1LSB，保证了输出的精度。

五、电气特性

5.1 静态精度

• 分辨率：8 位，能够提供 256 个离散的输出电平。
• 积分线性误差（INL）：最大为 ±1LSB，保证了输出信号的线性度。
• 微分线性误差（DNL）：保证单调，最大为 ±1LSB，确保输出信号的单调性。
• 偏移误差：不同型号的偏移误差有所不同，MAX5385 的偏移误差电源抑制比可达 60dB。
• 满量程误差：MAX5383/MAX5384 最大为 10%，MAX5385 最大为 5%。

5.2 动态性能

• 电压输出压摆率：正负极性均为 0.4V/µs，能够快速响应输入信号的变化。
• 输出建立时间：在 50kΩ 和 50pF 负载下，达到 1/2LSB 的建立时间为 20µs。
• 数字馈通：代码为 0 时，所有数字输入从 0 到 VDD 的数字馈通为 2nVs。

5.3 电源要求

不同型号的供电电压范围不同，正常工作时无负载且所有数字输入为 0 或 VDD、代码为 255 时，供电电流典型值为 150µA，最大 230µA；关断模式下电流小于 1µA。

5.4 数字输入

输入低电压（VIL）最大为 0.3 × VDD，输入高电压（VIH）最小为 0.7 × VDD，输入迟滞（VH）为 0.05 × VDD，输入电容（CIN）为 10pF，输入泄漏电流（IIN）最大为 ±1µA。

六、典型工作电路与引脚配置

6.1 典型工作电路

文档中给出了典型的工作电路，电源电压范围为 +2.7V 至 +5.5V，通过 SPI 接口与微控制器连接，输出模拟信号。

6.2 引脚配置

PIN	NAME	DESCRIPTION
1	OUT	DAC 电压输出
2	GND	接地
3	VDD	电源输入
4	DIN	串行数据输入
5	SCLK	串行时钟输入
6	CS	芯片选择输入

七、详细工作原理

7.1 模拟部分

采用电流导向 DAC 拓扑结构，核心是一个参考电压 - 电流转换器（V/I），它生成参考电流，该电流被镜像到 255 个等权电流源。DAC 开关控制这些电流镜的输出，将所需比例的总电流镜电流导向 DAC 输出，然后通过电阻将电流转换为电压，再由输出缓冲放大器进行缓冲。

7.2 输出电压

8 位 DAC 代码为二进制单极性，1LSB = (VREF/256)。MAX5383/MAX5384 的满量程输出电压分别为 (+2V - 1LSB) 和 (+4V - 1LSB)，由内部参考电压设定；MAX5385 的满量程输出电压为 (0.9 ✕VDD - 1LSB)。

7.3 输出缓冲

DAC 电压输出是一个内部缓冲的单位增益跟随器，压摆率可达 ±0.4V/µs，输出可在 0 到满量程之间摆动。在 1/4FS 到 3/4FS 输出转换时，当负载为 10kΩ 并联 50pF 时，放大器输出典型情况下在小于 5µs 内稳定到 1/2LSB。缓冲放大器在电阻负载大于 10kΩ 且电容负载小于 50pF 的任何组合下都能稳定工作。

7.4 上电复位

芯片具有上电复位电路，当 VDD 首次施加或 VDD 降至 1.7V（典型值）以下时，将 DAC 的输出设置为 0，确保系统启动后不会立即出现不需要的 DAC 输出电压。

7.5 关断模式

包含三种软件控制的关断模式，可将供电电流降低到小于 1µA。所有内部电路均被禁用，在关断时将一个已知阻抗从 OUT 连接到 GND，确保输出为 0V。

7.6 数字部分 - 3 线串行接口

数字接口是一个标准的 3 线连接，与 SPI/QSPI/MICROWIRE 接口兼容。芯片选择输入（CS）用于框定数据输入引脚（DIN）上的串行数据加载。CS 从高到低转换后，数据在串行时钟输入（SCLK）的上升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，在 CS 从低到高转换时将其内容传输到 DAC 锁存器。需要注意的是，如果在整个 16 个 SCLK 周期内 CS 未保持低电平，数据将被损坏，此时需要重新加载一个新的 16 位字。

八、应用信息

8.1 外部参考供电

由于 MAX5385 的输出电压与 VDD 成比例，电源噪声会影响片上参考的精度，从而影响 DAC 的整体精度。可以使用精密电压参考（如 MAX6103 或 MAX6105）直接为器件供电，以抑制电源噪声，提高系统的整体精度。

8.2 数字输入与接口逻辑

8 位 DAC 的数字接口基于 3 线标准，与 SPI、QSPI 和 MICROWIRE 接口兼容。三个数字输入（CS、DIN 和 SCLK）将数字输入串行加载到 DAC 中。所有数字输入都包含施密特触发器缓冲器，可接受缓慢过渡的接口，这意味着光耦合器可以直接与 MAX5383/MAX5384/MAX5385 接口，无需额外的外部逻辑。数字输入与 CMOS 逻辑电平兼容，无论供电电压如何，都可以用高达 +5.5V 的电压驱动。

8.3 电源旁路与布局

为了获得最佳的系统性能，需要进行仔细的 PCB 布局。要将模拟和数字信号分开，以减少串扰和噪声注入。建议使用接地平面，确保从 GND 到电源地的接地回路短且阻抗低。在靠近器件的地方使用 0.1µF 电容器将 VDD 旁路到地。如果电源噪声过大，可以在电源和 VDD 之间串联一个 10Ω 电阻，并增加额外的电容。

九、总结

MAX5383/MAX5384/MAX5385 这三款 DAC 以其低成本、低功耗、高分辨率和丰富的功能特性，在众多应用领域中具有很大的优势。无论是对空间、功耗还是精度有要求的设计，它们都能提供可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号，并注意 PCB 布局和电源管理等方面的问题，以充分发挥这些 DAC 的性能。你在使用这类 DAC 时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。