MX7543：CMOS 串行输入 12 位 DAC 的深度剖析

在电子设计领域，数模转换器（DAC）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 MX7543——一款 CMOS 串行输入 12 位 DAC，看看它有哪些特点和应用场景。

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绝对最大额定值

在使用任何电子元件时，了解其绝对最大额定值至关重要，因为超出这些值可能会对器件造成永久性损坏。MX7543 的绝对最大额定值如下：

• 电压方面：AGND 到 DGND 有特定要求；数字输入电压相对于 DGND 范围是 -0.3V 到 (V_{DD}+0.3V)。
• 功耗方面：在 (+70^{circ}C) 以上，需以 (6mW/^{circ}C) 的速率降额，最大功耗为 450mW。
• 温度范围方面：不同型号适用于不同的工作温度范围，商业级（MX7543J、K、GK）为 (0^{circ}C) 到 (+70^{circ}C)；工业级（MX7543A、B、GB）为 (-25^{circ}C) 到 (+85^{circ}C)；军用级（MX7543S、T、GT）为 (-55^{circ}C) 到 (+125^{circ}C)。此外，引脚焊接温度（10 秒）最大为 (+300^{circ}C)。

电气特性

直流精度

• 分辨率：MX7543 具有 12 位的分辨率，这意味着它能够提供较为精细的模拟输出。
• 非线性：不同型号（如 MX7543J/A/S、MX7543K/B/T）的非线性表现有所不同，例如部分型号为 ±0.5 LSB。
• 差分非线性：MX7543J/A/S、MX7543K/B/T 以及 MX7543GK/GB/GT 等型号的差分非线性也各有规定，像 MX7543J/A/S 为 ±2，MX7543K/B/T 和 MX7543GK/GB/GT 为 ±1。
• 增益误差：增益误差在不同温度条件下有所变化，例如在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 时，不同型号有不同的增益误差值。
• 增益温度系数：增益温度系数为 2 - 5 ppm/°C，这表明其增益随温度的变化相对较小。
• 电源抑制比：在 (V{DD}=+4.75V) 到 (+5.25V) 范围内，电源抑制比在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T{MAX}) 时分别为 0.005%/%VDD 和 0.01%/%VDD。
• 输出泄漏电流：不同型号在不同温度条件下的输出泄漏电流也不同，如 MX7543J/K/GK 和 MX7543A/B/GB 在 (T{A}=25^{circ}C) 和 (T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 时，输出泄漏电流有不同的值。

动态性能

• 输出电流建立时间：在输出负载为 100Ω 时，达到 1/2 LSB 的输出电流建立时间为 2μs。
• 馈通误差：当 (V_{REF}= pm 10V) 的 10kHz 正弦波输入时，馈通误差为 2.5mVpp。

参考输入和模拟输出

• 参考输入电阻：参考输入电阻 (R_{REF}) 为 8kΩ。
• 模拟输出电容：输出电容 (C{OUT})、(C{OUT1}) 和 (C_{OUT2}) 在 DAC 寄存器为 1111 1111 1111 时，分别为 75 - 260pF。

电路分析

基本电路结构

MX7543 的基本电路由激光微调的薄膜 R - 2R 电阻阵列和 NMOS 电流开关组成。二进制加权电流根据每个输入位的状态切换到 OUT1 或 OUT2，且 OUT1 和 OUT2 的电流之和始终等于 (V{REF}) 处的输入电流减去终端电阻电流 ((R{T}))。

等效电路分析

当所有数字输入为 LOW 和 HIGH 时，分别有对应的等效电路。(V{REF}) 处的输入电阻标称值为 15kΩ，且不随数字输入代码变化。(REF/4096) 电流源（即梯形终端电阻 (R{T})）会导致 1 位电流损失到 GND，而 (LEAKAGE) 电流源代表结和表面泄漏电流。电容 (C{OUT1}) 和 (C{OUT2}) 分别代表开关的导通和截止电容，其值会根据输入状态和连接到特定输出的导通开关数量而变化。

电路配置

单极性操作

MX7543 最常见的配置用于单极性二进制操作和/或 2 象限乘法。在许多应用中，可能不需要对增益进行调整，此时图 4 中的电阻 R1 和 R2 可以省略。但如果需要进行增益调整且 DAC 要在较宽温度范围内工作，则应使用低温度系数（(<300 ppm/^{circ}C)）的电阻。

双极性操作

通过图 5 的电路配置，MX7543 可工作在双极性或 4 象限乘法模式。这种模式需要第二个放大器和三个匹配电阻，为实现 12 位性能，建议匹配精度达到 0.01%。输出采用“偏移二进制”编码，MSB 决定输出极性，其余 11 位控制幅度。调整电路时，可以通过加载特定代码并调整电阻来实现零输出和满量程调整。如果不需要进行增益和偏移调整，图 5 中的 R1 和 R2 也可以省略。

总结

MX7543 作为一款 CMOS 串行输入 12 位 DAC，具有丰富的电气特性和灵活的电路配置，适用于多种应用场景。电子工程师在设计时，需要根据具体需求合理选择型号，并注意其绝对最大额定值和电气特性，以确保电路的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似 DAC 的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。