摘要：AD5300是美国AD公司产生的CMOS单电源串行8位数据转换器,它具有体积小、功耗低、接口简单宽工作电压等优点,特别适用于电池供电的便携式仪器。文中介绍了AD5300的特点、功能和工作时序。同时给出了由AD5300组成的双极性电压输出D/A转换器的应用电路。
关键词：AD5300 D/A转换 串行 时序 低功耗
1 AD5300的特点及功能
AD5300是美国ANALOG DEVICES公司生产的具有电压缓冲输出的高速串行8位DAC,
它与10位数模转换器AD5310和12位数模转换器AD5320在引脚功能上完全兼容。
AD5300具有如下特点：
●采用单电源供电,电压范围为2.7～5.5V;
●微功耗,正常模式下的典型功耗为0.7mW（VDD=5V）或0.35mW(VDD=3V),是电池供电设备的理想选择;
●具有独特的掉电工作模式,可大大降低芯片功耗,掉电模式下的典型工作电流为50nA（VDD=3V）或200nA(VDD=5V);
●具有上电复位电路（Power-On-Reset）,可在每次上电后自动复位;
●以电源电压VDD为芯片参考电压,从而使DAC具有0V～VDD最充容的动态输出范围;
●内含输出缓冲放大器,因而使DAC具有高达1Vμs的转换速率;
●采用高效的三级串行接口,可与SPI、QSPI、MICROWIRE总线及DSP接口标准兼容,串行时钟频率可高达30MHz。
AD5300的功能框图如图1所示,它主要由施密特触发输入电路、输入控制逻辑、移位寄存器、上电复位逻辑、8位DAC、输出缓冲放大器、掉电模式控制逻辑和电阻网络等部分组成。
AD5300共有两种封装形式：6脚SOT-23和8脚μSOIC,如图2所示,各引脚的功能说明如表1所列。
表1 AD5300的管脚及功能说明
| 管 脚
| 名 称
| 功 能 说 明
|
| 1
| VOUT
| DAC的模拟电压输出端,VOUT=0～VDD
|
| 2
| GND
| 地
|
| 3
| VDD
| 电源端,范围为2.5～5.5V
|
| 4
| DIN
| 串行数据输入端。数据在SCLK的下降沿输入
|
| 5
| SCLK
| 串行时钟输入端,频率可高达30MHz
|
| 6
| SYNC
| 电平触发控制输入端（低电平有效） |
2 AD5300的工作原理
2.1 AD5300的通信时序
AD5300具有一个三线串行接口（SYNC,SCLK,DIN）,它与SPI、QSPI、MICROWIRE及DSP接口标准兼容。AD5300通过这三线串行接口与外部通信,接收模式控制字及D/A转换的数字量存放在片内的16 bit移位寄存器中,一旦通信完成,DAC即把数字量进行D/A转换以输出与数字量成正比的模拟电压VOUT,VOUT由下式计算：
VOUT=VDDD/256
式中,VDD为芯片的工作电源电压;D为D/A转换的数字量。
AD5300为单向通信,它只有外部的写操作,其通信时序如图3所示。当SYNC由高变低时,通信开始,DIN在SCLK时钟信号的控制下,在SCLK的下降沿将数据输入移位寄存器。只有当16位数据全部输入寄存器,即SCLK的第16个下降沿过后,移位寄存器才将最新输入的数据加载进去,从而完成一次写操作。在串行数据输入AD5300时,其顺序是从D15开始,最后一位为D0。在串行数据输入过程中,SYNC必须保持为低电平,直到通信结束,否则,写操作无效。如果外部对AD5300进行一次写
操作后,紧接着要进行第二次写操作,
那么SYNC在第一次写操作完成后至少应保持33ns(VDD=3.6V～5.5V)或50ns(VDD=2.7V～3.6V)的高电平,以使SYNC能产生一个下降沿来启动下一次写时序。图4所示为16位移位寄存器的内容。
2.2 AD5300的工作模式
AD5300有4个独立的工作模式,即一个正常工作模式和三个掉电工作模式（PowerDown）,模式选择可通过移位寄存器的PD1和PD0来决定,具体的工作模式分配情况如表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
| 输出端接1kΩ电阻到地
|
| 1
| 0
| 输出端接100kΩ电阻到地
|
| 1
| 1
| 三态 |
AD5300在正常模式（模式0）下,输出端VOUT的输出为与数字量成正比的模拟电压;而在掉电模式时,其输出端VOUT将在芯片内部通过一个电阻接地（模式1、2）或保持开路（三态,模式3）。此时其芯片内部的移位寄存器的内容不变。正常工作模式（VDD=5V）时,芯片的典型工作电流为140μA,而掉电模式时的工作电流可下降到200nA或50nA（VDD=3V）。
3 典型接口电路
图5为AD5300与80C51的接口电路。80C51的TXD用于驱动AD5300的SCLK,而RXD则用于驱DIN,其SYNC由80C51的P3.3控制,在P3.3置低时,通信开始。由于80C51的串口一次仅能传送8位数据,因此,在一次传送完成后（高8位数据）,应接着第二次传送（低8位数据）,在此期间,P3.3（SYNC）应一直保持为低,直到通信结束。值得注意的是：80C51串口的数据输出是低位先出,而AD5300的16位移寄存器则是高位先入,因此,在80C51向AD5300写操作前应将数据作相应的调整。
AD5300与CPU的接口与可以参照80C51的双向I/O口模拟串行通信时序来实现对AD5300的写操作。
4 双极性电压输出D/A转换电路
图6所示电路是由AD5300和运放AD820组成的双极性电压输出D/A转换器,其数字量00H对应于模拟输出电压的-5V,而FFH则对应+5V输出。输出电压可通过下式计算：
Vo=VDD（D/256）[(R1+R2)/R1]-VDD（R2/R1）
当R1=R2=10kΩ,VDD=5V时,Vo=10D/256