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2.5 V至5.5 V的AD5337/AD5338/AD5339缓冲电压输出DAC

2020-9-28 16:42:45  178 DAC
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特征
AD5337
8导MSOP中的2个缓冲8位DAC
AD5338、AD5338-1
8导MSOP中的2个缓冲10位DAC
AD5339
8导MSOP中的2个缓冲12位DAC
-低功率运行:3 V时250毫安,5 V时300毫安
-2线(I2C®兼容)串行接口
-2.5 V至5.5 V电源
-所有码的设计保证单调性
-在3 V时降低至80毫安,在5 V时降低至200毫安
-3种断电模式
-双缓冲输入逻辑
-输出范围:0 V至VREF
-上电复位至0 V
-同时更新输出(LDAC功能)
-软件清除设施
-数据回读设备
-片上轨对轨输出缓冲放大
-温度范围-40°C至+105°C
应用
便携式电池供电仪器;数字增益和偏移调整;可编程电压电流源;可编程衰减器;工业过程控制。
一般说明
AD5337/AD5338/AD5339是8线MSOP封装中的双8位、10位和12位缓冲电压输出DAC,工作电压从单个2.5伏到5.5伏,在3伏时消耗250微安。片上输出放大器允许轨对轨输出摆动,回转率为0.7伏/微安。2线串行接口工作时钟频率高达400千赫。此接口在VDD<3.6 V时与SMBus兼容。多个设备可以放置在同一总线上。
两个DAC的参考源于一个参考管脚。可以使用软件LDAC功能同时更新所有dac的输出。这些部件包括一个上电复位电路,确保DAC输出高达0v的电源,并一直保持在那里,直到对设备进行有效的写入发生了。软件清除功能可将所有输入和DAC寄存器重置为0 V。断电功能可将设备的电流消耗降低至200 nA@5 V(80 nA@3 V)。
这些部件在正常运行时的低功耗使它们非常适合便携式电池驱动设备。在5 V时,功耗通常为1.5 mW,在3 V时为0.75 mW,在断电模式下降低到1微W。
功能框图

绝对最大额定值
T=25°C,除非另有说明。

应力高于绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏。这只是一个应力额定值,设备在这些或任何其他条件下的功能运行,高于本规范操作章节中所示的条件并不意味着。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。
高达100毫安的瞬态电流不会导致晶闸管闭锁。
术语
相对精度(积分非线性,INL)
对于DAC,相对精度或积分非线性(INL)是对通过DAC传递函数端点的直线的最大偏差的测量(LSBs)。典型的INL与代码图如图6、图7和图8所示。
微分非线性(DNL)
任何两个相邻码之间的测量变化和理想1lsb变化之间的差异。指定的最大值为±1 LSB的微分非线性确保了单调性。设计上保证了该DAC的单调性。典型的DNL与代码图如图9、图10和图11所示。
偏移误差
对DAC和输出放大器的偏移误差的一种测量,用满标度范围的百分比表示。
增益误差
DAC量程误差的测量。它是实际DAC传输特性与理想值的斜率偏差,表示为满标度范围的百分比。
偏移误差漂移
一种测量偏移误差随温度变化的方法。以(满量程的ppm)/℃表示。
增益误差漂移
一种测量增益误差随温度变化的方法。以(满量程的ppm)/℃表示。
电源抑制比
这表示DAC的输出如何受到电源电压变化的影响。PSRR是DAC满标度输出的V变化与V变化的比率。单位为分贝。V保持在2 V,V变化±10%。出局尽职调查裁判尽职调查
直流串扰
一个DAC在中刻度时输出电平的直流变化,以响应全刻度代码变化(全0到全1,反之亦然)和另一个DAC的输出变化。以微伏表示。
参考馈通
未更新DAC输出时,DAC输出处的信号振幅与参考输入的比值。
用分贝表示。
主要代码转换故障能量
当DAC寄存器中的代码改变状态时注入模拟输出的脉冲能量。通常被指定为nV-s中的故障区域,在主进位转换(011。11到100。00或100。00至011。11) 是的。
数字馈通
当DAC输出未被更新时,从设备的数字输入引脚注入DAC的模拟输出的脉冲测量。在nV-s中指定,并用数字输入引脚上的最坏情况变化进行测量,例如从所有0改变为所有1,或反之亦然。
数字串扰
响应于另一个数模转换器的输入寄存器中的满标度代码变化(全0到全1,反之亦然),在中标度时传输到一个数模转换器输出的故障脉冲。用nV-s表示。
DAC到DAC串扰
由于一个数模转换器的数字代码变化和随后的另一个数模转换器的输出变化而转移到一个数模转换器输出端的故障脉冲。这包括数字和模拟串扰。它是通过加载一个带满标度代码的dac来测量的将LDAC位设置为低并监视另一个DAC的输出时,更改(所有0s改为所有1s,反之亦然)。故障能量用nV-s表示。
倍增带宽
DAC内的放大器具有有限的带宽。倍频带宽是输出振幅降到低于输入3db的频率。输出中会出现参考上的正弦波(将满标度代码加载到DAC)。
总谐波失真(THD)
理想正弦波与使用DAC的衰减正弦波之间的差异。正弦波用作DAC的参考,THD是DAC输出中谐波失真的度量。单位为分贝。

典型性能特征

功能描述
AD5337/AD5338/AD5339是在CMOS工艺上制作的双电阻串DAC,分辨率分别为8、10和12位。每个包含两个输出缓冲放大器,并通过2线串行接口写入。dac从2.5v到5.5v的单电源工作,输出缓冲放大器以0.7v/微秒的转换速率提供轨对轨输出摆幅。两个dac共用一个参考输入引脚。每个DAC有三个可编程的断电模式,允许输出放大器配置为1 kΩ负载对地、100 kΩ负载对地或高阻抗三态输出。
数模转换器部分
一个DAC通道的结构由一个电阻串DAC和一个输出缓冲放大器组成。REFIN引脚的电压为DAC提供参考电压。
图29显示了DAC架构的框图。因为DAC的输入编码是直接二进制的,所以理想的输出电压由:

其中:D是二进制代码的十进制等价物,加载到DAC寄存器;AD5337为0–255(8位);AD5338和AD5338-1的0–1023(10位);AD5339的0–4095(12位)。
N个是DAC的分辨率:

电阻串
电阻串部分如图30所示。它只是一个电阻串,每个电阻值为R。加载到DAC寄存器的数字代码确定电压被抽头并馈入输出放大器的节点。通过关闭一个开关将串连接到放大器来切断电压。由于DAC由一组电阻组成,所以它是单调的。

DAC参考输入
两个DAC有一个参考输入引脚。参考输入是无缓冲的。用户可以有一个参考电压低至0.25伏和高达五,因为没有限制,因为任何参考放大器的净空和脚的空间。
建议在外部电路中使用缓冲参考,例如REF192。输入阻抗通常为45 kΩ。
输出放大器
输出缓冲放大器能够在其输出端产生轨对轨电压,当参考电压为V时,其输出范围为0 V至V。放大器能够驱动2 kΩ至GND的负载或与500 pF至GND或V并联的V。输出放大器的源和汇能力如图16所示。
转换速率为0.7 V/微秒,半刻度稳定时间为6微秒的±0.5 LSB(8位)。
上电复位
AD5337/AD5338/AD5339通过通电复位功能在定义的状态下通电。通电状态正常,输出电压为0V。
输入和DAC寄存器都用零填充,直到对设备生成有效的写入序列。这对于在设备通电时了解DAC输出状态非常重要的应用程序尤其有用。
串行接口
AD5337/AD5338/AD5339通过与IC卡兼容的串行总线进行控制。DAC作为从设备连接到该总线,即AD5337/AD5338/AD5339 DAC不产生时钟。此接口在V<3.6 V时与SMBus兼容。
AD5337/AD5338/AD5339具有7位从机地址。六个msb是000110,LSB由A0管脚的状态决定。对A0进行硬接线更改的设施允许在一条总线上使用其中的一个或两个设备。AD5338-1具有唯一的7位从机地址。六个msb是010001,LSB再次由A0 pin的状态确定。使用AD5338和AD5338-1的组合,用户可以在同一总线上容纳其中四个双10位设备(八个通道)。
2线串行总线协议操作如下:
1、当SCL高时,SDA线路上发生从高到低的转换时,主机通过建立启动条件来启动数据传输。以下字节是地址字节,由7位从地址组成,后跟一个R/W位。(此位确定数据是从从属设备读取还是写入从属设备。)
具有与发送地址相对应的地址的从机通过在第九时钟脉冲期间拉低SDA来响应(这称为确认位)。在此阶段,总线上的所有其他设备保持空闲,而所选设备等待数据写入或读取其移位寄存器。
2、数据以9个时钟脉冲(8个数据位,后跟一个确认位)的顺序通过串行总线传输。SDA线的跃迁必须发生在SCL的低期,并在SCL的高期保持稳定。
3、当所有数据位都已被读取或写入时,将建立停止条件。在写入模式下,主机在第10个时钟脉冲期间将SDA线拉高,以建立停止条件。在读取模式下,主控对第九个时钟脉冲发出不确认,即SDA线路保持高电平。然后,主机在第10个时钟脉冲之前将SDA线调低,在第10个时钟脉冲期间调高,以建立停止条件。
读/写顺序
对于AD5337/AD5338/AD5339,所有写入访问序列和大多数读取序列都以设备地址开头(使用R/W=0),后跟指针字节。此指针字节指定数据格式并确定在后续读/写操作中访问哪个DAC。见图31。以书面形式操作,数据立即跟随。在读取操作中用R/W=1重新发送地址,然后读取数据。但是,也可以通过只发送R/W=1的地址。然后将先前加载的指针设置用于回读操作。有关界面的图形化解释,请参见图32。

下表说明构成指针字节的各个位。

输入移位寄存器
输入移位寄存器为16位宽。在串行时钟输入SCL的控制下,数据作为串行数据线SDA上的两个数据字节加载到设备中。此操作的时序图如图2所示。这两个数据字节由四个控制位和8、10或12位DAC数据组成,具体取决于设备类型。加载的前两位是控制设备操作模式的PD1和PD0位。有关完整说明,请参阅“关机模式”部分。
位13是CLR,位12是LDAC,其余的位是左对齐的DAC数据位,从MSB开始。见图32。

默认回读条件
所有指针字节位通电至0。因此,如果用户在不首先写入指针字节的情况下启动回读,则没有指定单个DAC通道。在这种情况下,默认值回读位都是0,除了CLR位是1。
多个DAC写入序列
因为每个DAC的指针字节中都有单独的位,所以通过将相关位设置为1,可以同时将相同的数据和控制位写入两个DAC。
多个DAC读回序列。
如果用户一次尝试从多个DAC中读取数据,则部件将读取默认值“开机重置”条件,即除CLR为1外的所有0。
写操作
当写入AD5337/AD5338/AD5339 DAC时,用户必须以地址字节(R/W=0)开头,之后DAC承认它准备通过拉低SDA来接收数据。这个地址字节后面跟着指针字节,DAC也承认这个字节。然后将两个字节的数据写入DAC,如图33所示。随后出现停止条件。

读取操作
当从AD5337/AD5338/AD5339 DACs读回数据时,用户从地址字节(R/W=0)开始,此后DAC确认它准备通过拉低SDA来接收数据。这个地址字节后面通常跟着指针字节,DAC也承认这个字节。然后主机启动另一个启动条件(重复启动),然后地址重新发送,R/W=1。DAC承认这一点,表示它已准备好传输数据。然后从DAC读取两个字节的数据,如图34所示。随后出现停止条件。请注意,在读取序列中,数据字节与写入序列中的数据字节相同,但不关心的数据字节将作为0读回。但是,如果主机发送ACK并继续对SCL进行计时(不发送停止),则DAC在SDA上重新传输相同的两个字节的数据。这允许从选定的DAC寄存器连续读取数据。或者,用户可以发送一个开头,后跟R/W=1的地址。在这种情况下,将使用以前加载的指针设置,并且可以立即开始数据的读取。

双缓冲接口
AD5337/AD5338/AD5339 DAC都有一个双缓冲接口,每个通道由两组寄存器、一个输入寄存器和一个DAC寄存器组成。输入寄存器直接连接到输入移位寄存器,在完成有效的写入序列时,数字代码被传输到相关的输入寄存器。DAC寄存器包含电阻串使用的数字代码。
对DAC寄存器的访问由LDAC位控制。什么时候?LDAC位被设置为高,DAC寄存器被锁定,因此输入寄存器可以在不影响DAC寄存器的情况下改变状态。如果用户需要同时更新所有DAC输出,则这非常有用。用户可以写入三个输入单独寄存器;当写入剩余的DAC输入寄存器时,通过将LDAC位设置为低,所有输出将同时更新。
这些部分包含一个额外的特性,其中DAC寄存器仅在其输入寄存器自上次LDAC降低,从而消除了不必要的数字串扰。
断电模式
AD5337/AD5338/AD5339具有非常低的功耗,通常在3v电源下消耗0.75mw,在5v电源下消耗1.5mw。当dac不在使用时,通过将其置于由数据字节的位15和14(PD1和PD0)选择的三种断电模式之一,可以进一步降低功耗。表8显示了位的状态如何对应于DAC的操作模式。

当两个位都为0时,DAC在5v时以其300微安的正常功耗工作。然而,对于三种断电模式,电源电流在5v时下降到200na(3v时为80na)。不仅电源电流下降,而且输出级也从放大器的输出内部切换到已知值的电阻网络。这是有利的,因为当部件处于断电模式时,部件的输出阻抗是已知的,这为连接到DAC放大器输出的任何东西提供了定义的输入条件。有三种选择。输出可以内部连接通过1 kΩ电阻、100 kΩ电阻或可能开路(3态)接地。电阻公差=±20%。输出级如图35所示。

当电源关闭模式被激活时,偏置发生器、输出放大器、电阻串和所有其他相关的线性电路被关闭。然而,当断电模式被激活时,DAC寄存器的内容保持不变。对于V=5v和V=3v,退出掉电的时间通常为2.5μs。这是从第八个SCL脉冲的上升沿到输出电压偏离掉电电压的时间。图23显示了一个图。
应用
典型应用电路
AD5337/AD5338/AD5339可以与宽范围的参考电压一起使用,以便在0 V到V的参考范围内实现完整的一象限倍增能力。更典型的是,这些设备使用固定精度的参考电压。适用于5 V操作的参考是AD780、REF192和ADR391(2.5 V参考)。对于2.5V操作,合适的外部基准是AD589或AD1580,1.23V带隙基准。图36显示了使用外部引用时AD5337/AD5338/AD5339的典型设置。注意A0可以是高或低。

如果需要0 V到V的输出范围,最简单的解决方案是将参考输入连接到V。由于该电源可能不准确且有噪声,AD5337/AD5338/AD5339可以由参考电压供电,例如,使用提供稳定输出电源电压的5 V参考电压,如REF195。在DAC上没有负载的情况下,REF195需要向DAC提供600微安的电源电流,并向参考输入提供112微安的电源电流。当DAC输出加载时,REF195也需要向负载提供电流;因此,每个输出上10 kΩ负载所需的总电流为:712 μA + 2(5 V/10 kΩ) = 1.7 mA
REF195的负载调节通常为2ppm/mA,这导致从其吸取的1.7ma电流的误差为3.4ppm(17μV)。这对应于8位的0.0009 LSB错误和12位的0.014 LSB错误。
双极操作
AD5337/AD5338/AD5339设计用于单电源操作,但也可以使用图37中的电路实现双极输出范围。该电路的输出电压范围为±5 V。使用AD820或OP295作为输出放大器,可以实现放大器输出时的轨对轨操作。

任何输入代码的输出电压可以计算如下:

其中:
D是加载到DAC的代码的十进制等价物。
N是DAC分辨率。
REFIN是参考电压输入。如果REFIN=5 V,R1=R2=10 kΩ:

一条总线上有多个设备
图38显示了同一串行总线上的两个AD5339设备。由于A0管脚的状态不同,每个管脚都有不同的从机地址。这使得四个dac中的每一个都可以独立地写入或读取。

作为数字可编程窗口检测器的产品
图39显示了使用AD5337/AD5338/AD5339中的两个DAC的数字可编程上限/下限检测器。测试的上限和下限加载到DAC A和DAC B中,DAC A和DAC B依次设置CMP04上的限值。如果V输入处的信号不在编程窗口内,则LED指示故障状态。

粗精调节能力
AD5337/AD5338/AD5339中的两个DAC可以配对在一起,形成一个粗略和精细的调整功能,如图40所示。DAC A提供粗调,DAC B提供精调。改变R1和R2的比值改变粗调和精调的相对效果。在显示电阻值和外部参考的情况下,输出放大器具有用于DAC A输出的单位增益,因此输出范围为0 V到2.5 V−1 LSB。对于DAC B,放大器的增益为7.6×10,使DAC B a的范围等于19mv。
电路以2.5 V的参考电压显示,但可以使用高达V的参考电压。指示的运算放大器将允许轨对轨输出摆动。

电源去
在任何精度很重要的电路中,仔细考虑电源和接地回路布局有助于确保额定性能。安装AD5337/AD5338/AD5339的印刷电路板的设计应使模拟和数字部分分开并限制在电路板的某些区域。如果AD5337/AD5338/AD5339处于一个系统中,多个设备需要AGND-toDGND连接,则应仅在一个点进行连接。星形接地点应尽可能靠近设备。AD5337/AD5338/AD5339应具有10μF的充足电源旁路,并与位于尽可能靠近封装的电源上的0.1μF并联,理想情况下,正对着设备。10μF电容器为钽珠型。0.1μF电容器应具有低有效串联电阻(ESR)和低有效串联电感(ESI),以便在高频下提供低阻抗接地路径,以处理内部逻辑开关产生的瞬态电流。AD5337/AD5338/AD5339的电源线应使用尽可能大的迹线,以提供低阻抗路径,并减少故障对电源线的影响。时钟等快速开关信号应使用数字接地屏蔽,以避免将噪声辐射到电路板的其他部分,并且不得在参考输入附近运行。SDA和SCL线路之间的地线有助于减少它们之间的串扰。这在多层板上是不需要的,因为有一个单独的接地平面,但分开这些线确实有帮助。
避免数字和模拟信号交叉。板的相对侧上的痕迹应彼此成直角。这减少了通过电路板的馈通效应。使用微带技术是最好的解决方案,但使用双面板并不总是可行的。在这种技术中,电路板的组件侧专用于接地平面,而信号线则放置在焊料侧。

外形尺寸

[1]、有关特定参数的说明,请参阅术语部分。
[2]、温度范围:(A和B型):-40°C至+105°C;典型温度为25°C。
[3]、直流规格测试输出空载。
[4]、使用缩小的代码范围测试线性度:AD5337(代码8至248);AD5338、AD5338-1(代码28至995);AD5339(代码115至3981)。
[5]、由设计和特性保证的;未经生产测试的。
[6]、为了使放大器输出达到最小电压,偏置误差必须为负;为了达到最大电压,V=Vand偏置加增益误差必须为正。裁判尽职调查
[7]、指定对所有DAC代码都有效。接口未激活。所有DAC激活,不包括负载电流。


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