AD5300：低功耗8位DAC的卓越之選

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天要給大家介紹的AD5300，是一款由Analog Devices推出的單通道8位緩沖電壓輸出DAC，它在低功耗、小封裝以及高性能方面表現(xiàn)出色，廣泛應(yīng)用于便攜式電池供電儀器等多個(gè)領(lǐng)域。

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AD5300的關(guān)鍵特性

封裝與低功耗

AD5300提供6引腳SOT - 23和8引腳MSOP兩種封裝形式，非常適合對(duì)空間要求嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。其工作電壓范圍為2.7V至5.5V，典型功耗在3V時(shí)為0.35mW，5V時(shí)為0.7mW，而在掉電模式下，功耗可低至1μW（5V供電），這使得它成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。

輸出性能

片上輸出緩沖放大器使得DAC輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動(dòng)，擺率達(dá)到1V/μs，并且具有出色的靜態(tài)性能，如分辨率為8位，相對(duì)精度、微分非線性等指標(biāo)表現(xiàn)良好，設(shè)計(jì)上保證了單調(diào)性。

參考源與接口

參考源直接從電源輸入獲取，提供了最寬的動(dòng)態(tài)輸出范圍。采用3線串行接口，時(shí)鐘速率最高可達(dá)30MHz，兼容SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)，并且接口僅在寫(xiě)入周期時(shí)上電，進(jìn)一步降低了功耗。

掉電功能

具備三種掉電功能，掉電時(shí)，3V供電下典型電流為50nA，5V供電下為200nA。掉電模式可通過(guò)串行接口設(shè)置，并且在掉電模式下，輸出級(jí)會(huì)內(nèi)部切換到已知阻值的電阻網(wǎng)絡(luò)，方便控制輸出阻抗。

工作原理與架構(gòu)

DAC架構(gòu)

AD5300采用CMOS工藝制造，其架構(gòu)由電阻串DAC和輸出緩沖放大器組成。由于沒(méi)有參考輸入引腳，電源（VDD）作為參考源。電阻串部分由一系列阻值為R的電阻組成，DAC寄存器中的代碼決定了從電阻串的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)提取電壓輸入到輸出放大器，這種結(jié)構(gòu)保證了單調(diào)性。

輸出放大器

輸出緩沖放大器能夠產(chǎn)生軌到軌的輸出電壓，輸出范圍為0V至VDD，可驅(qū)動(dòng)2kΩ與1000pF并聯(lián)到地的負(fù)載，擺率為1V/μs，半量程建立時(shí)間在輸出加載時(shí)為4μs。

串行接口

AD5300的3線串行接口（SYNC、SCLK和DIN）與多種接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。寫(xiě)入序列從SYNC線拉低開(kāi)始，數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時(shí)鐘輸入到16位移位寄存器。在第16個(gè)下降時(shí)鐘沿，最后一位數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入并執(zhí)行編程功能。SYNC線在下次寫(xiě)入序列前需拉高至少33ns（VDD = 3.6V至5.5V）或50ns（VDD = 2.7V至3.6V）。

輸入移位寄存器

輸入移位寄存器為16位，前兩位為無(wú)關(guān)位，接下來(lái)兩位為控制位，用于控制工作模式（正常模式或三種掉電模式之一），再接下來(lái)的八位是數(shù)據(jù)位，最后四位為無(wú)關(guān)位。

SYNC中斷

在正常寫(xiě)入序列中，SYNC線需在SCLK的至少16個(gè)下降沿保持低電平，DAC在第16個(gè)下降沿更新。若SYNC在第16個(gè)下降沿之前拉高，則作為寫(xiě)入序列的中斷，移位寄存器復(fù)位，寫(xiě)入序列無(wú)效。

上電復(fù)位

AD5300包含上電復(fù)位電路，上電時(shí)DAC寄存器填充為零，輸出電壓為0V，直到對(duì)DAC進(jìn)行有效寫(xiě)入序列。

掉電模式

通過(guò)設(shè)置控制寄存器中的兩個(gè)位（DB13和DB12），可軟件編程四種工作模式。正常模式下，5V供電時(shí)功耗為140μA；三種掉電模式下，5V供電時(shí)電流降至200nA（3V供電時(shí)為50nA），并且輸出級(jí)會(huì)切換到不同的電阻網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用實(shí)例

電源選擇

由于AD5300所需的電源電流極低，可使用REF19x電壓參考源（如5V的REF195或3V的REF193）為其供電。當(dāng)DAC輸出加載時(shí)，REF195除了為AD5300提供140μA電流外，還需提供負(fù)載電流。

雙極性操作

雖然AD5300設(shè)計(jì)用于單電源操作，但通過(guò)特定電路可實(shí)現(xiàn)雙極性輸出范圍。使用AD820或OP295作為輸出放大器，可實(shí)現(xiàn)±5V的輸出電壓范圍。

組合成15位DAC

兩個(gè)8位的AD5300可以組合成一個(gè)15位DAC。第一個(gè)DAC的輸出可作為第二個(gè)DAC的電源和參考源，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器確保邏輯輸入電壓不超過(guò)器件的電源電壓。

光隔離接口

在工業(yè)過(guò)程控制應(yīng)用中，可使用光隔離接口保護(hù)控制電路。AD5300的3線串行邏輯接口只需三個(gè)光隔離器即可提供所需的隔離，同時(shí)電源也需通過(guò)變壓器進(jìn)行隔離。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電源旁路和接地

在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考慮電路板上的電源和接地布局。包含AD5300的印刷電路板應(yīng)具有獨(dú)立的模擬和數(shù)字部分，AGND和DGND的連接應(yīng)僅在一點(diǎn)進(jìn)行，且該點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近AD5300。電源應(yīng)使用10μF和0.1μF的電容器進(jìn)行旁路，電容器應(yīng)盡可能靠近器件。

電路板布局

電源線路應(yīng)具有盡可能大的走線，以提供低阻抗路徑，減少電源線上的毛刺效應(yīng)。時(shí)鐘和其他快速切換的數(shù)字信號(hào)應(yīng)通過(guò)數(shù)字地進(jìn)行屏蔽，避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉，若走線在電路板兩側(cè)交叉，應(yīng)確保它們相互垂直。

總結(jié)

AD5300以其低功耗、高性能和靈活的接口等特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)便攜式設(shè)備、可編程電源等應(yīng)用時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，合理利用其特性并注意設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，能夠充分發(fā)揮AD5300的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。大家在使用AD5300進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。