CMOS 10 和 12 位乘法数模转换器（DAC）的全面解析

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重要桥梁。今天，我们将深入探讨 Maxim 公司的 CMOS 10 和 12 位乘法数模转换器 MX7520/MX7521，为电子工程师们提供全面的设计参考。

文件下载：MX7521.pdf

一、产品概述

MX7520/MX7521 是 Maxim 公司推出的 CMOS 10 和 12 位乘法数模转换器，可应用于多种电子设备中，为模拟信号的生成提供了高精度的解决方案。

二、关键参数与特性

绝对最大额定值

该转换器的绝对最大额定值包括电源电压（±25V）、数字输入电压相对于地（-0.3V 到 VDD）以及功耗（60mW）等。需要注意的是，超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏，因此在设计中必须严格遵守。不同的工作温度范围也有所不同，工业级（JD/KD/LD/JO/KO/LQ）为 -25°C 到 +85°C。大家在实际应用中，是否遇到过因为超出额定值而导致设备损坏的情况呢？

电气特性

1. 分辨率：MX7520 为 10 位，MX7521 为 12 位，分辨率决定了转换器能够输出的最小模拟量变化，分辨率越高，输出的模拟信号越精确。
2. 参考电压范围：参考电压 (V_{REF}) 在 -10V 到 +10V 之间，在这个范围内，转换器具有不同的参数特性，如增益温度系数（K/T）为 ±0.2% FSR（典型值 ±0.05% FSR），参考电压温度系数为 2ppm/°C 等。
3. 输出特性：输出电流（OUT1 或 OUT2）在 (T{A}=T{MIN}) 到 (T_{MAX}) 时，典型值为 200nA。输出电容（COUT）在所有数字输入为高电平时，OUT1 和 OUT2 分别为 120 和 37。输出噪声（en）、输出电流建立时间（To 0.05% of FSR）等参数也对转换器的性能有重要影响。
4. 电源抑制比（PSRR）：该参数反映了电源电压变化对输出信号的影响程度，在设计中需要考虑其对系统稳定性的影响。
5. 输入特性：数字输入的低电平电压（VINL）、输入电流等参数也有明确规定，输入编码支持单极性（Binary）和双极性（Offset Binary）两种方式。

三、工作模式与电路设计

单极性操作

在单极性操作中，输出运算放大器的失调电压会影响 DAC 的线性度，通常线性度误差约为 2/3Vos。为了获得最佳性能，建议使用低失调放大器（如 MAX400），或者将放大器的失调电压调整到不超过 1/10 个 LSB 的值。同时，运算放大器的输入偏置电流（(I{B})）也会产生偏移误差，因此 (I{B}) 应远小于 DAC 输出 1 个 LSB 对应的电流（MX7520 典型值为 1μA，MX7521 典型值为 250nA）。大家在实际设计中，是如何处理失调电压和偏置电流问题的呢？

双极性操作

双极性操作（四象限乘法）需要一个额外的放大器和三个匹配电阻。通过特定的代码表（如 MX7520 的双极性操作代码表）来控制输出。在调整电路时，可以通过加载特定代码（如 1000 00000000）并调整电阻（如 R1）来实现 0V 输出，也可以通过调整 R3 和 R4 的比例来实现零调整。满量程调整可以通过加载全“0”或全“1”代码，并调整 (V_{REF}) 的幅度或改变 R5 来实现。

电压模式（单电源）

MX7520 在电压模式下，OUT1 连接到外部参考，OUT2 接地，(V{REF}) 作为 DAC 输出，具有恒定的输出电阻 (R{ladder})（标称值 10kΩ）。这种模式的优点是整个电路可以采用单电源供电，不需要负参考电压来获得正输出。但需要注意的是，参考电压范围受到限制，当 (V_{DD}) 为 15V 时，参考输入电压（OUT1 处的电压）必须为正且不超过 3.5V，否则线性度会下降。

四、动态考虑因素

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 输出需要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。此外，动态应用中的另一个误差源是信号从 (V{REF}) 端子到 OUT1 或 OUT2 的寄生耦合，以及数字输入切换时注入到 DAC 输出的信号（数字馈通）。这些问题主要与电路板布局和芯片内部电容耦合有关，可以通过在数字输入、(V{REF}) 和 DAC 输出之间设置保护走线来最小化布局引起的馈通。大家在高速应用设计中，是如何解决这些动态问题的呢？

五、封装信息

该转换器提供多种封装形式，包括塑料双列直插式封装（Plastic DIP）、宽小外形封装（Wide SO）、陶瓷双列直插式封装（CERDIP）和陶瓷侧焊封装（Ceramic SB）等。不同封装的尺寸和引脚数量有所不同，在设计 PCB 时，需要根据实际需求选择合适的封装。大家在选择封装时，主要考虑哪些因素呢？

总之，MX7520/MX7521 是一款性能优良的数模转换器，但在实际应用中，电子工程师们需要根据具体的设计需求，充分考虑各项参数和工作模式，合理设计电路，以确保系统的稳定性和高精度。希望本文能为大家在使用这款转换器时提供有益的参考。