19-1571; Rev 0; 12/99 概要 ___________________________________ 特長 ___________________________________ MAX5544は、+5V単一電源で動作するシリアル入力、 電圧出力の14ビット単調ディジタルアナログコンバータ (DAC)です。DAC出力はバッファされていないため、 消費電流が0.3mAと低く、オフセットエラーが1LSBと 低くなっています。DACの出力範囲は0V∼VREFです。 DACラッチは16ビットシリアルワードを受け付けます。 電源が最初に投入された時、パワーオンリセット回路が DAC出力を0V(ユニポーラモード)にクリアします。 ◆ 調整なしで完全14ビット性能 10MHz 3線シリアルインタフェースはSPITM/QSPITM/ MICROWIRETMコンパチブルで、絶縁を必要とするアプリ ケーション用に、フォトカプラと直接インタフェース します。MAX5544は8ピンSOPパッケージで提供され ています。 アプリケーション _______________________ 高分解能オフセット及び利得調整 ◆ 単一電源動作：+5V ◆ 低電力：1.5mW ◆ セトリング時間：1µs ◆ 無バッファ電圧出力が直接60kΩ負荷を駆動 ◆ シリアルインタフェース： SPI/QSPI/MICROWIREとコンパチブル ◆ パワーオンリセット回路がDAC出力を0Vにクリア (ユニポーラモード) ◆ フォトカプラとの直接インタフェース用の シュミットトリガ入力 型番 ___________________________________ PART TEMP. RANGE PIN-PACKAGE 工業用プロセス制御 MAX5544CSA 0°C to +70°C 8 SO 自動試験機器 MAX5544ESA -40°C to +85°C 8 SO データ収集機器 ピン配置 _______________________________ ファンクションダイアグラム _____________ TOP VIEW VDD MAX5544 OUT 1 AGND 2 REF 14-BIT DAC CS DIN SCLK 16-BIT DATA LATCH OUT 8 VDD MAX5544 6 DIN REF 3 CS 4 AGND 7 DGND 5 SCLK SO CONTROL LOGIC SERIAL INPUT REGISTER DGND SPI及びQSPIはMotorola Inc.の商標です。 MICROWIREはNational Semiconductor Corp.の商標です。. ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 無料サンプル及び最新版データシートの入手にはマキシム社のホームページをご利用下さい。www.maxim-ic.com 1 MAX5544 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC MAX5544 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS VDD to DGND............................................................-0.3V to +6V CS, SCLK, DIN to DGND..........................................-0.3V to +6V REF to AGND...............................................-0.3V to (VDD +0.3V) AGND to DGND.....................................................-0.3V to +0.3V OUT to AGND, DGND.................................. ............-0.3V to VDD Maximum Current into Any Pin............................................50mA Continuous Power Dissipation (TA = +70°C) 8-Pin SO (derate 5.88mW/°C above +70°C)................471mW Operating Temperature Ranges MAX5544CSA .....................................................0°C to +70°C MAX5544ESA ..................................................-40°C to +85°C Junction Temperature ......................................................+150°C Storage Temperature Range .............................-65°C to +150°C Lead Temperature (soldering, 10s) ................................ +300°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VDD = +5V ±5%, VREF = +2.5V, VAGND = VDGND = 0, TA = TMIN to TMAX, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS STATIC PERFORMANCE—ANALOG SECTION (RL = ∞) Resolution N 14 Differential Nonlinearity DNL Guaranteed monotonic Integral Nonlinearity INL VDD = 5V Zero-Code Offset Error ZSE Zero-Code Tempco ZSTC Gain Error (Note 1) Bits ±0.5 ±1.0 LSB ±4 ±8 LSB TA = +25°C ±1 TA = TMIN to TMAX ±2 TA = TMIN to TMAX ±0.05 ppm/°C TA = +25°C ±5 TA = TMIN to TMAX ±10 Gain-Error Tempco DAC Output Resistance ROUT (Note 2) Power-Supply Rejection PSR 4.75V ≤ VDD ≤ 5.25V Reference Input Range VREF (Note 3) Reference Input Resistance (Note 4) RREF LSB LSB ±0.1 ppm/°C 6.25 kΩ ±1.0 LSB 3.0 V REFERENCE INPUT 2.0 11.5 kΩ DYNAMIC PERFORMANCE—ANALOG SECTION (RL = ∞) Voltage-Output Slew Rate Output Settling Time 2 SR CL = 10pF (Note 5) 25 V/µs To ±1/2LSB of FS, CL = 10pF 1 µs _______________________________________________________________________________________ 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC (VDD = +5V ±5%, VREF = +2.5V, VAGND = VDGND = 0, TA = TMIN to TMAX, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS DAC Glitch Impulse Major-carry transition 10 nVs Digital Feedthrough Code = 0000 hex, CS = VDD, SCLK = VDIN = 0 to VDD levels 10 nVs DYNAMIC PERFORMANCE—REFERENCE SECTION Reference -3dB Bandwidth BW Reference Feedthrough Signal-to-Noise Ratio SNR Reference Input Capacitance CIN Code = FFFC hex 1 MHz Code = 0000 hex, VREF = 1Vp-p at 100kHz 1 mVp-p 83 dB Code = 0000 hex 75 Code = FFFC hex 120 pF STATIC PERFORMANCE—DIGITAL INPUTS Input High Voltage VIH Input Low Voltage VIL 2.4 Input Current IIN VIN = 0 Input Capacitance CIN (Note 6) Hysteresis Voltage VH V 0.8 V ±1 µA 10 pF 0.40 V POWER SUPPLY Positive Supply Range VDD Positive Supply Current IDD 4.75 0.3 Power Dissipation PD 1.5 5.25 V 1.1 mA mW TIMING CHARACTERISTICS (VDD = +5V ±5%, VREF = +2.5V, VAGND = VDGND = 0, CMOS inputs, TA = TMIN to TMAX, unless otherwise noted.) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS 10 MHz SCLK Frequency fCLK SCLK Pulse Width High tCH 45 ns SCLK Pulse Width Low tCL 45 ns CS Low to SCLK High Setup tCSS0 45 ns CS High to SCLK High Setup tCSS1 45 ns SCLK High to CS Low Hold tCSH0 30 ns SCLK High to CS High Hold tCSH1 45 ns DIN to SCLK High Setup tDS 40 ns DIN to SCLK High Hold tDH 0 ns VDD High to CS Low (power-up delay) Note 1: Note 2: Note 3: Note 4: Note 5: Note 6: (Note 6) 20 µs Gain error tested at VREF = +2.0V, +2.5V, and +3.0V. ROUT tolerance is typically ±20%. Min/max ranges guaranteed by gain-error test. Operation outside min/max limits will result in degraded performance. Reference input resistance is code dependent, minimum at 8554 hex. Slew-rate value is measured from 0% to 63%. Guaranteed by design. Not production tested. _______________________________________________________________________________________ 3 MAX5544 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) 標準動作特性 ______________________________________________________________________ (VDD = +5V, VREF = +2.5V, TA = +25°C, unless otherwise noted.) SUPPLY CURRENT vs. TEMPERATURE SUPPLY CURRENT (mA) 0.35 0.30 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27 0.25 0.26 0.20 0 20 40 60 80 0.05 0 -0.05 -0.10 -0.15 100 0 1 2 TEMPERATURE (°C) 3 4 5 -60 6 -20 REFERENCE VOLTAGE (V) INTEGRAL NONLINEARITY vs. TEMPERATURE DIFFERENTIAL NONLINEARITY vs. TEMPERATURE 0.20 0.20 0.10 0.10 60 100 140 100 140 16k 20k GAIN ERROR vs. TEMPERATURE 0.20 MAX5544-05 0.30 MAX5544-04 0.30 20 TEMPERATURE (°C) MAX5544-06 -20 0.10 -0.20 0.25 -40 MAX5544-03 0.15 ZERO-CODE OFFSET ERROR (LSB) 0.34 0.33 0.40 0.20 MAX5544-02 MAX5544-01 0.35 0.45 SUPPLY CURRENT (mA) ZERO-CODE OFFSET ERROR vs. TEMPERATURE SUPPLY CURRENT vs. REFERENCE VOLTAGE 0.50 0.15 0 -0.10 +DNL 0 -DNL -0.10 -0.20 20 60 100 140 -0.20 -60 -20 20 60 100 TEMPERATURE (°C) TEMPERATURE (°C) INTEGRAL NONLINEARITY vs. CODE DIFFERENTIAL NONLINEARITY vs. CODE 0.125 140 5k 10k DAC CODE 15k 20k 60 MAX5544-08 160 0 -0.125 -0.250 20 200 REFERENCE CURRENT (µA) DNL (LSB) -0.125 -20 REFERENCE CURRENT vs. CODE 0.125 0 -60 TEMPERATURE (°C) 0.250 MAX5544-07 0.250 0 -0.05 -0.15 -0.30 -20 0 MAX5544-09 -0.30 -60 0.05 -0.10 -INL -0.20 4 GAIN ERROR (LSB) +INL DNL (LSB) INL (LSB) 0.10 INL (LSB) MAX5544 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC 120 80 40 0 -0.250 0 5k 10k DAC CODE 15k 20k 0 4k 8k 12k DAC CODE _______________________________________________________________________________________ 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC (VDD = +5V, VREF = +2.5V, TA = +25°C, unless otherwise noted.) FULL-SCALE STEP RESPONSE (fSCLK = 10MHz) MAX5544-11 MAX5544-10 FULL-SCALE STEP RESPONSE (fSCLK = 20MHz) OUT 500mV/div OUT 500mV/div 1µs/div 400ns/div CL = 13pF RL = ∞ CL = 13pF RL = ∞ MAJOR-CARRY OUTPUT GLITCH MAX5544-13 MAX5544-12 DIGITAL FEEDTHROUGH CS 5V/div SCLK 5V/div OUT AC-COUPLED 100mV/div OUT AC-COUPLED 50mV/div 2µs/div CODE = 0000 hex 2µs/div 端子説明 __________________________________________________________________________ 端子 名称 1 OUT 2 AGND 3 機 能 DAC出力電圧 アナロググランド REF 電圧リファレンス入力。外部+2.5リファレンスに接続して下さい。 4 CS チップセレクト入力 5 SCLK 6 DIN シリアルデータ入力 7 DGND ディジタルグランド 8 VDD シリアルクロック入力。デューティサイクルは40%∼60%の間であることが必要です。 +5V電源電圧 _______________________________________________________________________________________ 5 MAX5544 標準動作特性(続き)_________________________________________________________________ MAX5544 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC 詳細 ___________________________________ MAX5544電圧出力14ビットディジタルアナログコン バータ(DAC)は、微分直線性誤差1LSB未満の14ビット 単調性を提供します。シリアルデータ転送により、 必要なパッケージピンの数が最小限になっています。 MAX5544は、2つのマッチングされたDAC部(12ビット 反転R-2R DACが12LSBを形成し、15個の同一にマッ チングされた抵抗が4MSBを提供)からなっています。 この構造により、大きな桁遷移の時にDAC出力に移行 するグリッチエネルギーを最小限に抑えることができ ます。また、これによって標準R-2Rラダーに比べて DAC出力インピーダンスを8分の1に減らすことができる ため、中負荷アプリケーションにおいてバッファなし の動作が可能です。図1にタイミングダイアグラムを 示します。 ディジタルインタフェース MAX5544のディジタルインタフェースは、 SPI/QSPI/MICROWIREインタフェースとコンパチブル な標準3線接続です。チップセレクト入力( CS )がデータ 入力ピン(DIN)におけるシリアルデータのローディング のフレームを決めます。CS がハイからローに遷移した 直後に、データは同期してシフトし、シリアルクロック 入力(SCLK)の立上がりエッジで入力レジスタにラッチ されます。16データビット(14データビットとゼロに 設定された2つのサブビット)がシリアル入力レジスタ にロードされた後、CS のローからハイへの遷移でその 内容がDACラッチに転送されます(図2)。CS が16 SCLK サイクル全部を通じてローに維持されないと、データが 破壊されます。その場合は、新しい16ビットワードを DACラッチに再ロードして下さい。 外部リファレンス MAX5544は、2V∼3Vの外部電圧リファレンスで動作 します。リファレンス電圧がDACのフルスケール出力 電圧を決定します。 パワーオンリセット MAX5544は、VDDが最初に印加されたときにDACの 出力を0V(ユニポーラモード)に設定するパワーオン リセット回路を備えています。これにより、電源喪失の 後などにシステムがパワーアップしたときに望ましく ないDAC出力電圧が発生しないことが保証されます。 バイポーラモードにおいては、DAC出力が-VREFに設定 されます。 ;;;;;;;; ;;;;;;;;; ; ; ;; tCSH1 CS tCSHO tCSSO tCH tCSS1 tCL SCLK tDH tDS D13 DIN D12 S0 図1. タイミング図 CS DAC UPDATED SCLK SUB-BITS DIN D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 MSB D5 D4 D3 D2 D1 D0 S1 S0 LSB 図2. 3線インタフェースタイミング図 6 _______________________________________________________________________________________ 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC リファレンス及びアナロググランド入力 MAX5544は2V∼3Vの外部電圧リファレンスで動作し、 リファレンスの選択及びアプリケーションが適切であれ ば14ビットの性能を発揮します。民生用(0℃∼+70℃) の温度範囲にわたって1LSB以内の14ビット精度を保つ には、リファレンスの温度係数が1.5ppm/℃未満である ことが理想的です。このコンバータは反転R-2R電圧 モードDACとして設計されているため、電圧リファレンス から見た入力抵抗はコードに依存します。最悪ケース の入力抵抗変動は、11.5kΩ(コード8555 hex)から 200kΩ(コード0000 hex)までです。2.5Vリファレンス の負荷電流の最大変化量は2.5V/11.5kΩ = 217µAで あるため、最大誤差0.1LSBを実現するために必要な 負荷レギュレーションは28ppm/mAです。これは、 リファレンス出力インピーダンスが71mΩより小さい ことを意味します。さらに、電圧リファレンスから リファレンス入力までの信号経路のインピーダンスは 負荷レギュレーション誤差に直接寄与するため、小さく 抑える必要があります。 低インピーダンス電圧リファレンスの条件は、リファ レンス入力及びグランドにおけるコンデンサバイパス によって達成されます。REFとAGNDの間に短いリード で取り付けた0 . 1µF セラミックコンデンサが高周波 バイパスを提供します。表面実装セラミックチップコン デンサはインダクタンスが最小であるため、この用途に 適しています。REFとAGNDの間にさらに低周波数バイ パスとして1 0µFを追加します。これには低ESRタン タル、フィルム又は有機半導体コンデンサが好適に使用 できます。低周波数ではインピーダンスがそれほど重要 でないため、リード付のコンデンサでも大丈夫です。 外部リファレンスの容量性負荷に対する安定性に よっては、バイパスコンデンサをさらに大きくすること によって回路が改善される場合もあります。独立した フォース及びセンスラインが使用されていないときは、 該当するフォース及びセンスピンをパッケージの近く で一緒にまとめて接続して下さい。 AGNDは低インピーダンスであることが必要です。これ は、AGNDの抵抗が過剰であると負荷レギュレーション 誤差の原因になるためです。全ての高分解能、高精度 アプリケーションについていえることですが、アナログ グランドプレーンとディジタルグランドプレーンを 別々にすると最良の結果を得ることができます。AGND ピンのところでDGNDをAGNDに接続することにより、 DACシステムの「スター」グランドを形成して下さい。 最高の性能を得るために、リモートDAC負荷の基準は 常にこのシステムグランドにして下さい。 無バッファ動作 無バッファ動作にすると、外部出力バッファによる オフセット誤差がなくなると共に、消費電力が少なく なります。R-2R DAC出力がOUTで直接得られるため、 ゼロスケールの劣化なしに+VREFからAGNDまでの 14ビット性能が可能になっています。DACの出力イン ピーダンスは、INL又はDNLの劣化を起こさずに中程度 の負荷(R L > 60kΩ)を駆動するのに十分なだけ小さく なっています。DAC出力に負荷があるときに増加する のは利得誤差だけです。 外部出力バッファアンプ ユニポーラモードにおいて、出力アンプが電圧フォロワ 接続で使用されています。DACの出力抵抗は一定であり、 入力コードに依存しません。しかし、利得誤差を最小限 に抑えるため、出力アンプの入力インピーダンスは できるだけ大きくして下さい。DACの出力容量も入力 コードに依存しないため、外部アンプの安定条件が シンプルになります。 単一電源アプリケーションにおいては、入力同相電圧 範囲がAGNDを含む高精度アンプを使用できます。しかし、 これらのアンプの出力スイングが性能劣化を伴わずに 負電源電圧(AGND)を含むことは通常ありません。アプ リケーションがゼロに近いコードを使用しない場合は、 MAX495等の単一電源オペアンプが適しています。 14ビットDACのLSBは非常に小さいため(VREF = 2.5V で152.6µV)、外部アンプの入力仕様に十分に注意して 下さい。入力オフセット電圧はゼロスケール誤差を悪化 させるため、オフセット電圧が1/2LSBよりも大きい 場合には、完全な精度を維持するために出力オフセット トリミングが必要になることもあります。同様に、DAC 出力抵抗(標準6.25kΩ)と入力バイアス電流の積がゼロ スケール誤差に寄与します。温度の影響も考慮に入れる 必要があります。ゼロスケール誤差への寄与を1/2LSB 未満に抑えるには、民生温度範囲全域にわたってオフ セット電圧温度係数(+25℃に対して)が1.7µV/℃未満 であることが必要です。外部アンプの入力抵抗はDAC 出力抵抗と抵抗分圧器を形成するため、利得誤差を生じ ます。利得誤差への寄与を1/2LSB未満にするには、 入力抵抗が標準的に次式より大きいことが必要です。 6.25kΩ / 1 1 = 205MΩ 2 214 セトリング時間は、バッファ入力容量、DACの出力容量 及びプリント基板容量に影響されます。標準DAC出力 電圧セトリング時間は、フルスケールステップに対して 1µsです。ステップ変化が小さければセトリング時間は 大幅に短くなります。単一の時定数の指数関数セトリング 応答を仮定した場合、フルスケールステップが最終的な 出力電圧から1/2LSB以内にセトリングするには時定数 の10.4倍を要します。この時定数は、DAC出力抵抗と 全出力容量の積に等しい値になっています。DAC出力 容量は10pF(typ)です。出力容量がこれ以上大きいと セトリング時間が長くなります。 _______________________________________________________________________________________ 7 MAX5544 アプリケーション情報 ___________________ MAX5544 低価格、+5V、シリアル入力、 電圧出力14ビットDAC 外部バッファアンプの利得帯域幅積は重要です。なぜ なら、これが出力応答にもう1つの時定数を付加して セトリング時間を増加させるためです。各々が単一の 時定数応答をする2つのカスケードシステムの実効時定 数は、2つの時定数の２乗和の平方根で近似されます。 DAC出力時定数は、追加容量の影響を無視すれば 1µs/10.4 = 96nsです。帯域幅が1MHzの外部アンプの 時定数が1/2π(1MHz) =159nsの場合、複合システムの 実効時定数は次式となります。 表1. ユニポーラコード表 2 2 96ns + 159ns = 186ns 電源バイパス及びグランド管理 ( ) ( ) これは、最終出力電圧から1/2LSB以内までのセトリング 時間が、外部バッファアンプも含めて約10.4・186ns = 1.93µsになることを示しています。 ディジタル入力及びインタフェースロジック 14ビットDACのディジタルインタフェースは、SPI/ QSPI/MICROWIREとコンパチブルな3線規格に基づいて います。3つのディジタル入力( CS、DIN及びSCLK)が ディジタル入力データをシリアルでDACにロードします。 全てのディジタル入力はシュミットトリガバッファを 備えているため、遷移の遅いインタフェースも許容 します。これは、外部ロジックを使わなくてもフォト カプラを直接MAX5544にインタフェースできること を意味します。ディジタル入力はTTL/CMOSロジック コンパチブルです。 ANALOG OUTPUT, VOUT LSB 1111 1111 1111 11(00) VREF • (16,383 / 16,384) 1000 0000 0000 00(00) VREF • (8192 / 16,384) = 1/2VREF 0000 0000 0000 01(00) VREF • (1 / 16,834) 0000 0000 0000 00(00) 0V 最高のシステム性能を得るには、アナログとディジタル のグランドプレーンが別々になったプリント基板を使用 して下さい。ワイヤラップ基板は推奨できません。2つ のグランドプレーンは、低インピーダンス電源ソースの ところで一緒にまとめて接続して下さい。DGNDと AGNDピンはICのところで一緒にまとめて接続して 下さい。最善のグランドを得るには、DACのDGNDピン とAGNDピンを一緒にまとめて接続し、それを今度は システムアナロググランドプレーンに接続して下さい。 DACのDGNDがシステムディジタルグランドに接続され ていると、ディジタルノイズがDACのアナログ部分に 漏れる可能性があります。 チップ情報 _____________________________ 図3に、MAX5544が外部オペアンプを使用したユニ ポーラ動作用に構成された例を示します。このオペ アンプはユニティゲイン用に設定されています。表1に この回路のためのコードを示します。 +2.5V MSB VDDは、VDDとAGNDの間に0.1µFセラミックコンデンサ を接続することによりバイパスして下さい。コンデンサ はリードをできるだけ短くして素子の近くに取り付けて 下さい。フェライトビーズを使用してアナログ電源と ディジタル電源の分離を改善することもできます。 ユニポーラ構成 +5V DAC LATCH CONTENTS TRANSISTOR COUNT: 2209 SUBSTRATE CONNECTED TO DGND 10µF 0.1µF 0.1µF MC68XXXX VDD PCS0 CS MOSI DIN SCLK SCLK REF MAX495 MAX5544 DGND OUT UNIPOLAR OUT EXTERNAL OP AMP AGND 図3. 標準動作回路 〒169 -0051東京都新宿区西早稲田3-30-16（ホリゾン1ビル） TEL. (03)3232-6141 FAX. (03)3232-6149 マキシム社では全体がマキシム社製品で実現されている回路以外の回路の使用については責任を持ちません。回路特許ライセンスは明言されていません。 マキシム社は随時予告なしに回路及び仕様を変更する権利を保留します。 8 _____________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600 © 1999 Maxim Integrated Products is a registered trademark of Maxim Integrated Products.