深入解析MX7538：14位D/A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，D/A轉(zhuǎn)換器是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們就來深入探討Maxim公司的MX7538這款14位CMOS D/A轉(zhuǎn)換器，了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：MX7538.pdf

一、基本特性與調(diào)整方法

MX7538是一款與微處理器兼容的CMOS 14位D/A轉(zhuǎn)換器。在固定參考應(yīng)用中，若要調(diào)整滿量程，可省略R3和R4，并微調(diào)參考電壓的幅值。而且，由于其出色的增益溫度系數(shù)和增益誤差規(guī)格，在很多應(yīng)用中無需進(jìn)行增益調(diào)整。但如果需要使用微調(diào)電阻，并且DAC要在較寬的溫度范圍內(nèi)工作，就必須使用低溫度系數(shù)（<300 ppm /°C）的電阻。

二、雙極性操作（四象限乘法）

電路配置

雙極性或四象限操作的電路配置如圖5所示，采用偏移二進(jìn)制編碼。當(dāng)DAC加載到1000000000 0000時(shí)，可通過調(diào)整R3使Vout = 0 V；也可以省略R3和R4，調(diào)整R7和R8的比值來實(shí)現(xiàn)Vout = 0 V。滿量程微調(diào)可通過調(diào)整VIN的幅值或改變R9的值來完成。

電阻匹配要求

電阻R7、R8、R9必須匹配到0.003%。R7和R8的不匹配會(huì)導(dǎo)致偏移和滿量程誤差。為了在寬溫度范圍內(nèi)正常工作，這些電阻應(yīng)采用相同的材料，以確保它們的溫度系數(shù)匹配并跟蹤。表2展示了通過圖5電路獲得的偏移二進(jìn)制代碼，通過反轉(zhuǎn)DAC的最高有效位（MSB），可獲得2的補(bǔ)碼傳輸函數(shù)。

三、接地考慮

由于Iour和輸出放大器的同相輸入對(duì)偏移電壓敏感，需要接地的節(jié)點(diǎn)應(yīng)通過單獨(dú)的、極低電阻的路徑直接連接到“單點(diǎn)”接地。如果這些端子通過電阻路徑連接到地（或虛擬地），Iour和AGND處的輸出電流會(huì)隨輸入代碼變化，從而產(chǎn)生與代碼相關(guān)的誤差。因此，采用適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)對(duì)于獲得高精度至關(guān)重要。

四、低泄漏配置

DAC中流入Iour線的泄漏電流會(huì)導(dǎo)致增益、線性度和偏移誤差，并且在高溫下泄漏情況會(huì)更嚴(yán)重。

五、動(dòng)態(tài)考慮

靜態(tài)與動(dòng)態(tài)應(yīng)用差異

在靜態(tài)或直流應(yīng)用中，輸出放大器的交流特性不是關(guān)鍵因素。但在高速應(yīng)用中，當(dāng)參考輸入為交流信號(hào)或DAC輸出必須快速穩(wěn)定到新的編程值時(shí)，就必須考慮輸出運(yùn)算放大器的交流參數(shù)。

誤差來源與解決方法

動(dòng)態(tài)應(yīng)用中的另一個(gè)誤差源是信號(hào)從VRef端子到Iour的寄生耦合，這通常是由電路板布局和引腳間封裝電容引起的。當(dāng)數(shù)字輸入切換時(shí)，也會(huì)有信號(hào)注入到DAC輸出，這種數(shù)字饋通主要取決于電路板布局和片上電容耦合。通過在數(shù)字輸入、VRef和DAC輸出之間設(shè)置保護(hù)走線，可以將布局引起的饋通降至最低。

六、數(shù)字饋通問題及解決

在圖6 - 8所示的微處理器接口圖中，DAC的數(shù)字輸入直接連接到微處理器總線。即使設(shè)備未被選中，總線上的活動(dòng)也會(huì)通過封裝電容在DAC輸出上產(chǎn)生饋通，表現(xiàn)為噪聲。如圖9所示，通過使用鎖存器將DAC與數(shù)字總線隔離，可以將這種噪聲降至最低。

七、運(yùn)算放大器選擇

輸入偏移電壓（Vos）、輸入偏置電流（Ib）和偏移電壓漂移（TC Vos）是選擇合適放大器的關(guān)鍵參數(shù)。為了在VRef為10V時(shí)保持規(guī)定的精度，Vos應(yīng)小于30 μV，Ib應(yīng)小于2nA，開環(huán)增益應(yīng)大于340,000。Maxim的MAX400具有低Vos（最大10 μV）、低Ib（2nA）和低TC Vos（最大0.3 μV/°C），無需調(diào)整即可使用。對(duì)于中頻率應(yīng)用，建議使用OP - 27；對(duì)于更高頻率應(yīng)用，推薦使用HA 2620，但這些運(yùn)算放大器需要外部偏移調(diào)整。

八、微處理器接口

與8086A接口

圖6展示了16位微處理器8086與單個(gè)MX7538的接口。在這種設(shè)置中，未使用DAC的雙緩沖功能。16位數(shù)據(jù)總線的AD13 - AD0連接到DAC數(shù)據(jù)總線（DB13 - DB0），通過一條MOV指令將14位字寫入DAC，模擬輸出立即響應(yīng)。在多DAC系統(tǒng)中，DAC芯片的雙緩沖功能允許用戶同時(shí)更新所有DAC。

與MC68000接口

圖8展示了MX7538與MC68000的接口。表5中的例程首先將數(shù)據(jù)寫入DAC輸入寄存器，然后通過DAC寄存器輸出數(shù)據(jù)。

九、封裝信息

MX7538有24引腳塑料窄DIP（NG）和24引腳小外形寬（WG）兩種封裝。24引腳塑料窄DIP（NG）的熱阻θJC = 60°C / W，θJA = 120°C / W；24引腳小外形寬（WG）的熱阻θJA = 85°C / W，θJC = 45°C / W。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否遇到過類似D/A轉(zhuǎn)換器的接地或數(shù)字饋通問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。