MX7543：CMOS 串行輸入 12 位 DAC 的深度剖析

在電子設計領域，數模轉換器（DAC）是連接數字世界和模擬世界的關鍵橋梁。今天，我們就來深入探討 Maxim 公司的 MX7543——一款 CMOS 串行輸入 12 位 DAC，看看它有哪些特點和應用場景。

文件下載：MX7543.pdf

絕對最大額定值

在使用任何電子元件時，了解其絕對最大額定值至關重要，因為超出這些值可能會對器件造成永久性損壞。MX7543 的絕對最大額定值如下：

• 電壓方面：AGND 到 DGND 有特定要求；數字輸入電壓相對于 DGND 范圍是 -0.3V 到 (V_{DD}+0.3V)。
• 功耗方面：在 (+70^{circ}C) 以上，需以 (6mW/^{circ}C) 的速率降額，最大功耗為 450mW。
• 溫度范圍方面：不同型號適用于不同的工作溫度范圍，商業(yè)級（MX7543J、K、GK）為 (0^{circ}C) 到 (+70^{circ}C)；工業(yè)級（MX7543A、B、GB）為 (-25^{circ}C) 到 (+85^{circ}C)；軍用級（MX7543S、T、GT）為 (-55^{circ}C) 到 (+125^{circ}C)。此外，引腳焊接溫度（10 秒）最大為 (+300^{circ}C)。

電氣特性

直流精度

• 分辨率：MX7543 具有 12 位的分辨率，這意味著它能夠提供較為精細的模擬輸出。
• 非線性：不同型號（如 MX7543J/A/S、MX7543K/B/T）的非線性表現有所不同，例如部分型號為 ±0.5 LSB。
• 差分非線性：MX7543J/A/S、MX7543K/B/T 以及 MX7543GK/GB/GT 等型號的差分非線性也各有規(guī)定，像 MX7543J/A/S 為 ±2，MX7543K/B/T 和 MX7543GK/GB/GT 為 ±1。
• 增益誤差：增益誤差在不同溫度條件下有所變化，例如在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 時，不同型號有不同的增益誤差值。
• 增益溫度系數：增益溫度系數為 2 - 5 ppm/°C，這表明其增益隨溫度的變化相對較小。
• 電源抑制比：在 (V{DD}=+4.75V) 到 (+5.25V) 范圍內，電源抑制比在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T{MAX}) 時分別為 0.005%/%VDD 和 0.01%/%VDD。
• 輸出泄漏電流：不同型號在不同溫度條件下的輸出泄漏電流也不同，如 MX7543J/K/GK 和 MX7543A/B/GB 在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 時，輸出泄漏電流有不同的值。

動態(tài)性能

• 輸出電流建立時間：在輸出負載為 100Ω 時，達到 1/2 LSB 的輸出電流建立時間為 2μs。
• 饋通誤差：當 (V_{REF}= pm 10V) 的 10kHz 正弦波輸入時，饋通誤差為 2.5mVpp。

參考輸入和模擬輸出

• 參考輸入電阻：參考輸入電阻 (R_{REF}) 為 8kΩ。
• 模擬輸出電容：輸出電容 (C{OUT})、(C{OUT1}) 和 (C_{OUT2}) 在 DAC 寄存器為 1111 1111 1111 時，分別為 75 - 260pF。

電路分析

基本電路結構

MX7543 的基本電路由激光微調的薄膜 R - 2R 電阻陣列和 NMOS 電流開關組成。二進制加權電流根據每個輸入位的狀態(tài)切換到 OUT1 或 OUT2，且 OUT1 和 OUT2 的電流之和始終等于 (V{REF}) 處的輸入電流減去終端電阻電流 ((R{T}))。

等效電路分析

當所有數字輸入為 LOW 和 HIGH 時，分別有對應的等效電路。(V{REF}) 處的輸入電阻標稱值為 15kΩ，且不隨數字輸入代碼變化。(REF/4096) 電流源（即梯形終端電阻 (R{T})）會導致 1 位電流損失到 GND，而 (LEAKAGE) 電流源代表結和表面泄漏電流。電容 (C{OUT1}) 和 (C{OUT2}) 分別代表開關的導通和截止電容，其值會根據輸入狀態(tài)和連接到特定輸出的導通開關數量而變化。

電路配置

單極性操作

MX7543 最常見的配置用于單極性二進制操作和/或 2 象限乘法。在許多應用中，可能不需要對增益進行調整，此時圖 4 中的電阻 R1 和 R2 可以省略。但如果需要進行增益調整且 DAC 要在較寬溫度范圍內工作，則應使用低溫度系數（(<300 ppm/^{circ}C)）的電阻。

雙極性操作

通過圖 5 的電路配置，MX7543 可工作在雙極性或 4 象限乘法模式。這種模式需要第二個放大器和三個匹配電阻，為實現 12 位性能，建議匹配精度達到 0.01%。輸出采用“偏移二進制”編碼，MSB 決定輸出極性，其余 11 位控制幅度。調整電路時，可以通過加載特定代碼并調整電阻來實現零輸出和滿量程調整。如果不需要進行增益和偏移調整，圖 5 中的 R1 和 R2 也可以省略。

總結

MX7543 作為一款 CMOS 串行輸入 12 位 DAC，具有豐富的電氣特性和靈活的電路配置，適用于多種應用場景。電子工程師在設計時，需要根據具體需求合理選擇型號，并注意其絕對最大額定值和電氣特性，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似 DAC 的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。