深入解析MX7538：14位D/A转换器的设计与应用

在电子设计领域，D/A转换器是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们就来深入探讨Maxim公司的MX7538这款14位CMOS D/A转换器，了解它的特性、应用以及设计要点。

文件下载：MX7538.pdf

一、基本特性与调整方法

MX7538是一款与微处理器兼容的CMOS 14位D/A转换器。在固定参考应用中，若要调整满量程，可省略R3和R4，并微调参考电压的幅值。而且，由于其出色的增益温度系数和增益误差规格，在很多应用中无需进行增益调整。但如果需要使用微调电阻，并且DAC要在较宽的温度范围内工作，就必须使用低温度系数（<300 ppm /°C）的电阻。

二、双极性操作（四象限乘法）

电路配置

双极性或四象限操作的电路配置如图5所示，采用偏移二进制编码。当DAC加载到1000000000 0000时，可通过调整R3使Vout = 0 V；也可以省略R3和R4，调整R7和R8的比值来实现Vout = 0 V。满量程微调可通过调整VIN的幅值或改变R9的值来完成。

电阻匹配要求

电阻R7、R8、R9必须匹配到0.003%。R7和R8的不匹配会导致偏移和满量程误差。为了在宽温度范围内正常工作，这些电阻应采用相同的材料，以确保它们的温度系数匹配并跟踪。表2展示了通过图5电路获得的偏移二进制代码，通过反转DAC的最高有效位（MSB），可获得2的补码传输函数。

三、接地考虑

由于Iour和输出放大器的同相输入对偏移电压敏感，需要接地的节点应通过单独的、极低电阻的路径直接连接到“单点”接地。如果这些端子通过电阻路径连接到地（或虚拟地），Iour和AGND处的输出电流会随输入代码变化，从而产生与代码相关的误差。因此，采用适当的接地技术对于获得高精度至关重要。

四、低泄漏配置

DAC中流入Iour线的泄漏电流会导致增益、线性度和偏移误差，并且在高温下泄漏情况会更严重。

五、动态考虑

静态与动态应用差异

在静态或直流应用中，输出放大器的交流特性不是关键因素。但在高速应用中，当参考输入为交流信号或DAC输出必须快速稳定到新的编程值时，就必须考虑输出运算放大器的交流参数。

误差来源与解决方法

动态应用中的另一个误差源是信号从VRef端子到Iour的寄生耦合，这通常是由电路板布局和引脚间封装电容引起的。当数字输入切换时，也会有信号注入到DAC输出，这种数字馈通主要取决于电路板布局和片上电容耦合。通过在数字输入、VRef和DAC输出之间设置保护走线，可以将布局引起的馈通降至最低。

六、数字馈通问题及解决

在图6 - 8所示的微处理器接口图中，DAC的数字输入直接连接到微处理器总线。即使设备未被选中，总线上的活动也会通过封装电容在DAC输出上产生馈通，表现为噪声。如图9所示，通过使用锁存器将DAC与数字总线隔离，可以将这种噪声降至最低。

七、运算放大器选择

输入偏移电压（Vos）、输入偏置电流（Ib）和偏移电压漂移（TC Vos）是选择合适放大器的关键参数。为了在VRef为10V时保持规定的精度，Vos应小于30 μV，Ib应小于2nA，开环增益应大于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），无需调整即可使用。对于中频率应用，建议使用OP - 27；对于更高频率应用，推荐使用HA 2620，但这些运算放大器需要外部偏移调整。

八、微处理器接口

与8086A接口

图6展示了16位微处理器8086与单个MX7538的接口。在这种设置中，未使用DAC的双缓冲功能。16位数据总线的AD13 - AD0连接到DAC数据总线（DB13 - DB0），通过一条MOV指令将14位字写入DAC，模拟输出立即响应。在多DAC系统中，DAC芯片的双缓冲功能允许用户同时更新所有DAC。

与MC68000接口

图8展示了MX7538与MC68000的接口。表5中的例程首先将数据写入DAC输入寄存器，然后通过DAC寄存器输出数据。

九、封装信息

MX7538有24引脚塑料窄DIP（NG）和24引脚小外形宽（WG）两种封装。24引脚塑料窄DIP（NG）的热阻θJC = 60°C / W，θJA = 120°C / W；24引脚小外形宽（WG）的热阻θJA = 85°C / W，θJC = 45°C / W。

在实际设计中，你是否遇到过类似D/A转换器的接地或数字馈通问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。