摘要：AD5300是美國(guó)AD公司產(chǎn)生的CMOS單電源串行8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,它具有體積小、功耗低、接口簡(jiǎn)單寬工作電壓等優(yōu)點(diǎn),特別適用于電池供電的便攜式儀器。文中介紹了AD5300的特點(diǎn)、功能和工作時(shí)序。同時(shí)給出了由AD5300組成的雙極性電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：AD5300 D/A轉(zhuǎn)換 串行 時(shí)序 低功耗

1 AD5300的特點(diǎn)及功能

　　AD5300是美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的具有電壓緩沖輸出的高速串行8位DAC,

　　它與10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5310和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5320在引腳功能上完全兼容。

AD5300具有如下特點(diǎn)：

　　●采用單電源供電,電壓范圍為2.7～5.5V;

　　●微功耗,正常模式下的典型功耗為0.7mW（VDD=5V）或0.35mW(VDD=3V),是電池供電設(shè)備的理想選擇;

　　●具有獨(dú)特的掉電工作模式,可大大降低芯片功耗,掉電模式下的典型工作電流為50nA（VDD=3V）或200nA(VDD=5V);

　　●具有上電復(fù)位電路（Power-On-Reset）,可在每次上電后自動(dòng)復(fù)位;

　　●以電源電壓VDD為芯片參考電壓,從而使DAC具有0V～VDD充容的動(dòng)態(tài)輸出范圍;

　　●內(nèi)含輸出緩沖放大器,因而使DAC具有高達(dá)1Vμs的轉(zhuǎn)換速率;

　　●采用高效的三級(jí)串行接口,可與SPI、QSPI、MICROWIRE總線及DSP接口標(biāo)準(zhǔn)兼容,串行時(shí)鐘頻率可高達(dá)30MHz。

　　AD5300的功能框圖如圖1所示,它主要由施密特觸發(fā)輸入電路、輸入控制邏輯、移位寄存器、上電復(fù)位邏輯、8位DAC、輸出緩沖放大器、掉電模式控制邏輯和電阻網(wǎng)絡(luò)等部分組成。

　　AD5300共有兩種封裝形式：6腳SOT-23和8腳μSOIC,如圖2所示,各引腳的功能說(shuō)明如表1所列。
表1 AD5300的管腳及功能說(shuō)明

管  腳	名  稱	功  能  說(shuō)  明
1	VOUT	DAC的模擬電壓輸出端,VOUT=0～VDD
2	GND	地
3	VDD	電源端,范圍為2.5～5.5V
4	DIN	串行數(shù)據(jù)輸入端。數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿輸入
5	SCLK	串行時(shí)鐘輸入端,頻率可高達(dá)30MHz
6	SYNC	電平觸發(fā)控制輸入端（低電平有效）

2 AD5300的工作原理

　　2.1 AD5300的通信時(shí)序

　　AD5300具有一個(gè)三線串行接口（SYNC,SCLK,DIN）,它與SPI、QSPI、MICROWIRE及DSP接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。AD5300通過(guò)這三線串行接口與外部通信,接收模式控制字及D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字量存放在片內(nèi)的16 bit移位寄存器中,一旦通信完成,DAC即把數(shù)字量進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換以輸出與數(shù)字量成正比的模擬電壓VOUT,VOUT由下式計(jì)算：

VOUT=VDDD/256

　　式中,VDD為芯片的工作電源電壓;D為D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。

　　AD5300為單向通信,它只有外部的寫操作,其通信時(shí)序如圖3所示。當(dāng)SYNC由高變低時(shí),通信開(kāi)始,DIN在SCLK時(shí)鐘信號(hào)的控制下,在SCLK的下降沿將數(shù)據(jù)輸入移位寄存器。只有當(dāng)16位數(shù)據(jù)全部輸入寄存器,即SCLK的第16個(gè)下降沿過(guò)后,移位寄存器才將輸入的數(shù)據(jù)加載進(jìn)去,從而完成寫操作。在串行數(shù)據(jù)輸入AD5300時(shí),其順序是從D15開(kāi)始,一位為D0。在串行數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中,SYNC必須保持為低電平,直到通信結(jié)束,否則,寫操作無(wú)效。如果外部對(duì)AD5300進(jìn)行寫

　　操作后,緊接著要進(jìn)行第二次寫操作,那么SYNC在次寫操作完成后至少應(yīng)保持33ns(VDD=3.6V～5.5V)或50ns(VDD=2.7V～3.6V)的高電平,以使SYNC能產(chǎn)生一個(gè)下降沿來(lái)啟動(dòng)下寫時(shí)序。圖4所示為16位移位寄存器的內(nèi)容。

2.2 AD5300的工作模式

　　AD5300有4個(gè)獨(dú)立的工作模式,即一個(gè)正常工作模式和三個(gè)掉電工作模式（PowerDown）,模式選擇可通過(guò)移位寄存器的PD1和PD0來(lái)決定,具體的工作模式分配情況如表2所列。
表2 AD5300的工作模式

PD1	PD0	工  作  模  式
0	0	正常模式
0	1	輸出端接1kΩ電阻到地
1	0	輸出端接100kΩ電阻到地
1	1	三態(tài)

　　AD5300在正常模式（模式0）下,輸出端VOUT的輸出為與數(shù)字量成正比的模擬電壓;而在掉電模式時(shí),其輸出端VOUT將在芯片內(nèi)部通過(guò)一個(gè)電阻接地（模式1、2）或保持開(kāi)路（三態(tài),模式3）。此時(shí)其芯片內(nèi)部的移位寄存器的內(nèi)容不變。正常工作模式（VDD=5V）時(shí),芯片的典型工作電流為140μA,而掉電模式時(shí)的工作電流可下降到200nA或50nA（VDD=3V）。

3 典型接口電路

　　圖5為AD5300與80C51的接口電路。80C51的TXD用于驅(qū)動(dòng)AD5300的SCLK,而RXD則用于驅(qū)DIN,其SYNC由80C51的P3.3控制,在P3.3置低時(shí),通信開(kāi)始。由于80C51的串口僅能傳送8位數(shù)據(jù),因此,在傳送完成后（高8位數(shù)據(jù)）,應(yīng)接著第二次傳送（低8位數(shù)據(jù)）,在此期間,P3.3（SYNC）應(yīng)一直保持為低,直到通信結(jié)束。值得注意的是：80C51串口的數(shù)據(jù)輸出是低位先出,而AD5300的16位移寄存器則是高位先入,因此,在80C51向AD5300寫操作前應(yīng)將數(shù)據(jù)作相應(yīng)的調(diào)整。

　　AD5300與CPU的接口與可以參照80C51的雙向I/O口模擬串行通信時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AD5300的寫操作。

4 雙極性電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換電路

　　圖6所示電路是由AD5300和運(yùn)放AD820組成的雙極性電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器,其數(shù)字量00H對(duì)應(yīng)于模擬輸出電壓的-5V,而FFH則對(duì)應(yīng)+5V輸出。輸出電壓可通過(guò)下式計(jì)算：

Vo=VDD（D/256）[(R1+R2)/R1]-VDD（R2/R1）

當(dāng)R1=R2=10kΩ,VDD=5V時(shí),Vo=10D/256