LTC2753系列器件的性能特點及實現16位DAC電路的設計

1 引言

在工業過程控制設備、儀器儀表和自動測試設備中經常需要軟件配置輸出范圍精度為16位的模擬輸出。針對這種需求，提出了一種基于LTC2753的電路設計，可提供所有標準工業范圍，電路設計簡單、緊湊，精度高且可軟件控制。

2 LTC2753簡介

LTC2753-16具有軟件可編程設置、低功率和精確DC性能使其適用于ATE數據采集模塊。此外，該器件還具有良好的AC性能，包括僅為2μs的穩定時間和l nV·s的低干擾脈沖。這對波形的產生非常關鍵。低干擾降低了DAC中代碼變化時的瞬態電壓?？焖俜€定和低干擾減少諧波失真，能夠產生高效、清除低噪聲的輸出波形。LTC2753采用一個雙向輸入／輸出并行接口，實現任何片內寄存器的回讀以及DAC輸出范圍設置。

LTC2753一14和LTC2753—12分別是引腳兼容的14位和12位器件。采用7 mmx7 mm QFN一48封裝，為優化最終產品性價比提供了引腳兼容和代碼兼容的系列器件。

LTC2753系列器件具有以下主要特性：6種可設置輸出范圍：單極：0～5 V，0～10 V，雙極：±5 V、±10 V、±2．5 V、一2．5～7．5 V；最大16位INL誤差：±1 LSB （整個溫度范圍內）；低電源電流（最大值為1μA）；在整個溫度范圍內可保證單調；低干擾脈沖1 nV／s；2．7~5．5 V單電源工作；2μs快速穩定時間至±lLSB；具有數據和回讀的并行接口；在任何輸出范圍內異步CLR引腳將DAC輸出清除至0 V；上電復位將DAC輸出清除至0 V；48引腳7 mmx7 mm QFN封裝。

3、 典型應用

圖1給出LTC2753的典型應用電路圖。

3．1 輸出范圍

當外接5 V參考電壓時，LTC2753可提供6種輸出范圍。參考電壓為2 V時，輸出范圍為：0~2 V、O~4 V、±1 V、±2 V、±4 V和-1~3 V。除2 V和5 V之外，其他輸出范圍都隨參考電壓呈線性變化。

3．2 數字部分

LTC2753的每個DAC都有4個內部寄存器，共有8個寄存器，如圖2所示。每個DCC通道都有2組雙緩沖寄存器，一組用于寄存數據，一組用于寄存輸出范圍。雙緩沖寄存器具有同步更新范圍和編碼功能。當改變電壓輸出范圍時，雙緩沖功能使電壓平滑轉換，無毛刺產生。乘法DAC同步更新。每組雙緩沖寄存器是由輸入寄存器和DAC寄存器組成。輸入寄存器為保持寄存器，當數據載入輸入寄存器需經過一個寫操作，而DAC輸出不受影響。另一方面，DAC寄存器直接控制DAC輸出電壓或輸出范圍，將與其連接的輸入寄存器中的內容復制到DAC寄存器，改變DAC寄存器內容，則需經過一個更新操作。

3．3 寫和更新操作

執行一次寫操作：將D／S引腳與WR引腳置低，直接通過16位微處理器總線將數據寫入輸入寄存器。UPD引腳置高，將輸入寄存器儲存的數據復制到DAC寄存器，完成一次更新操作。數據與范圍同時更新；除非輸入寄存器的值先經一個寫操作被改變，否則DAC寄存器的值不會改變。

范圍輸入寄存器的載入：將D／S引腳置高，WR引腳置低。除了并行位的個數不同外，范圍寄存器與數據寄存器結構相同。范圍寄存器有3位，而數據寄存器有12、14或16位。若要數據寄存器和范圍寄存器在工作模式下保持透明，則要將WR引腳置低，UPD置高，阻止了輸出干擾脈沖的增加。限變器在UPD引腳的上升沿有效。

當WR和UPD連在一起由一單時鐘信號驅動時，輸入寄存器和DAC寄存器則以主從支配關系，或是邊沿觸發、配置的模式工作。在時鐘的下降沿，數據位存入輸入寄存器，隨著時鐘上升沿的到來，進入DAC寄存器。

SPAN引腳S2~SO用數據LSB共享數據，同時將數據和范圍控制在一個16位數據總線上，范圍和數據不能同時進行寫或讀操作。

異步CLR引腳在任何輸出范圍內都可將DAC輸出清除至O V，CLR對所有數據寄存器復位，而不干擾范圍寄存器。

這些裝置也可通過上電復位將DAC的輸出電壓在任何輸出范圍初始化至0 V。如果是軟件范圍配置，DAC上電至0～5 V之間；若是手動范圍，DAC采用適當編碼，選用手動上電。

3．4 手動范圍配置

若要配置LTC2753為單范圍，將MSPAN引腳置高，D／S引腳置地。通常，要求的輸出范圍由SPAN I／O引腳（S2~SO）設定，但通過直接接地或接電源編程設置的，如圖3所示。在這個配置中，DAC的通道都可以在上電時對選擇的輸出范圍初始化。當設定手動范圍操作時，SPAN引腳的回讀功能無效。

3．5 回讀功能

8個接口寄存器中任一個的內容都從I／O端口回讀。I／O引腳分成數據和范圍兩部分。數據I/0端口由引腳DO~D15組成，范圍I／O口由SO~S2組成。

每個DAC通道有一組數據寄存器用于控制和回讀數據I／O端口，一組范圍寄存器控制和回讀范圍I／O端口。

當DAC通道和I／O端口選擇后，將READ引腳設置為邏輯高電平啟動回讀功能。當READ引腳置低時，I／O端口高阻抗數字輸入，回讀過程變成低阻抗邏輯輸出。

選擇DAC通道采用地址引腳A1和A0，選擇I／O端口（數據或范圍）用于回讀采用D／S引腳。在回讀過程中，已選的I／O口引腳用作邏輯輸出，而未選用的I／O口引腳保持高阻抗輸入狀態。

選用DAC通道和I／O口，READ置高，用于UPD引腳的輸入和DAC寄存器。UPD引腳有兩個功能：當READ置低時，具有更新功能；當READ置高，更新功能無效，UPD引腳選擇輸入或DAC寄存器的回讀。

回讀功能是在輸入寄存器寫入數據后，檢查其內容，在DAC寄存器更新新數據之前檢測DAC寄存器。已選端口的寄存器是其I／O引腳的輸出。

要想回讀DAC寄存器，保持UPD為低，READ置高，再將UPD置高，并選擇DAC寄存器，被選的DAC寄存器由I／O引腳輸出。如果回讀后不要求更新，必須將UPD置低，再將READ置低，否則UPD引腳將會復位到之前功能并更新DAC。

3．6 系統偏移量調節

系統的RVOSA和RVOSB偏移量調整引腳是為了補償整個系統偏移量，如圖4所示。為了可以抗干擾和輕松調整，電壓控制被減弱為DAC輸出，LTl027提供電源RVOSX引腳有一只l MΩ的輸入阻抗。為了保護LTC2753的性能，需采用一只至少10 kΩ的等效阻抗驅動該引腳，縮短任何無用的系統偏移量調節引腳IOUT2。

3．7 工作放大器的選擇

由于LTC2753—16具有16位的高精度。因此在選擇工作放大器要慎重考慮，以期達到最佳狀態。而工作放大器偏移量的INL和DNL的靈敏度相對上一代的乘法DAC已大大降低。

4、 結語

創建一個高精度、多種輸出范圍軟件配置的16位DAC不再是一件復雜、昂貴的設計?，F在一個簡潔的電路設計產生了更小的尺寸、低成本和更高精度的回報。

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