多通道D／A轉換器LTC2704-16及其應用

1概述

LTC2704-16是Linear公司生產的獨立4通道16位D／A轉換器。該D／A轉換器具有4個獨立的數(shù)模轉換通道，轉換速度快，可廣泛應用于過程控制、工業(yè)自動化、增益控制、自檢測設備等領域。

2 LTC2704-16簡介

2.1主要特性

LTC2704-16的主要特性如下：6種可編程輸出范圍：單極性：0 V～5 V，0 V～10 V；雙極性：±5 V、±10 V、+2.5 V、-2.5 V～7.5 V；所有片上寄存器串行回讀；輸出驅動±5 mA；信號抖動<2 nV-sec；INL和DNL為1LSB；44引腳SSOP封裝。

2.2引腳功能

LTC2704-16的引腳排列如圖1所示，各引腳功能描述如下：

V-：模擬負電源。一般為-15 V，范圍為-4.5 V～16.5 V。通常情況下，為了抗干擾需在模擬地之間并聯(lián)2只1μF的旁路電容。
LDAC：異步DAC裝載輸入。當LDAC為低電平時，更新所有DAC。
CS／LD：同步片選與裝載引腳。
SDI：串行數(shù)據(jù)輸入端。當CS／LD為低電平時，數(shù)據(jù)在脈沖的上升沿載人。
SRO：串行回讀數(shù)據(jù)輸出端。脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù)?；刈x數(shù)據(jù)在最后一位地址A0后輸出。
SCK：串行時鐘端。
CLR：異步清零端。當該引腳為低電平時，所有的碼與span B2寄存器全部清零。所有的DAC輸出也全部清零。
V+1：模擬電源為DAC的A和B通道提供模擬電源范圍為4.5 V～16.5 V，一般為15 V。V+1與V+2不同。通常為了抗干擾應在模擬地之間接2只并聯(lián)的1 μF的旁路電容。

V+2：模擬電源為DAC的C和D通道提供模擬電源，范圍為4.5 V～16.5 V。一般為15 V。通常為了抗干擾應在模擬地之間連接2只并聯(lián)的1μF的旁路電容。
GND：接地。
AGND：模擬地。
VDD：數(shù)字電源，范圍為2.7 V～5.5 V。
RFLAG：RESET標志引腳。復位或清零時，該引腳輸出低電平；更新命令結束時，該引腳為高電平。
REFG1：DAC的A和B，高阻抗輸入，用于抑制噪聲。
REFG2：DAC的C和D，高阻抗輸入，用于抑制噪聲。
REF1：DAC的A和B關聯(lián)輸入。
REF2：DAC的C和D關聯(lián)輸入。
REFM1：轉換Amp輸出，用于DAC A和DAC B。
REFM2：轉換Amp輸出，用于DAC C和DAC D。
VOSA、VOSB、VOSC、VOSD：分別為A、B、C、D4個DAC的偏移量調節(jié)端。輸出范圍為±5 V。
C1A、C1B、C1C、C1D：分別為A、B、C、D 4個DAC的反饋電容連接端。該引腳為輸出放大器的負反饋輸入直接提供輸入端口。
RFBA、RFBB、RFBC、RFBD：分別為A、B、C、D 4個DAC的輸出反饋電阻引腳。
OUTA、OUTB、OUTC、OUTD：分別為A、B、C、D4個DAC的輸出引腳。
AGNDA、AGNDB、AGNDC、AGNDD：分別為A、B、C、D 4個DAC的信號地。

2.2 LTC2704-16的內部結構

圖2為LTC2704-16的內部結構圖。LTC2704-16共有4個DAC，每個DAC都是獨立的，并都有獨立的偏移量調節(jié)引腳與相應的信號地為AGNDA、AGNDB、AGNDC和AGNDD。LTC2704-16把這4個DAC分為兩組，DAC A和DAC B為一組，DAC C和DAC D為一組。每一組共用一只轉換放大器。每個DAC都有一個接地端，DAC A和DAC B共用REF1，DAC C和DAC D共用REF2。

2.3 LTC2704-16的工作方式

2.3.1復位與清零

當LTC2704-16上電時，所有的DAC都在5 V模式下，所有的內部DAC寄存器都被置0且DAC的輸出全部為0 V。當CLR置低時，系統(tǒng)清零。指令和地址寄存器、數(shù)據(jù)碼和B2緩沖寄存器全置0，DAC輸出全置0。而B1緩沖寄存器保留，可使DAC恢復到原來狀態(tài)。如果CLR在操作中已被聲明，則不能保證B1緩沖寄存器的完整性，其內容應采用回讀方式校對或取代。

2.3.2休眠模式

當LTC2704-16在休眠模式下，DAC則進入休眠模式。當DAC A和DAC B其中一個處于休眠狀態(tài)時，而它們共用的轉換放大器仍處于工作狀態(tài)。只有當DAC A和DAC B都處于休眠狀態(tài)時，共用的轉換放大器才處于休眠狀態(tài)。通過SRO引腳為DAC分配地址和讀取DAC狀態(tài)。第5個LSB位為休眠狀態(tài)位。

2.3.3串口通訊

當CS／LD為低電平時，SDI引腳的數(shù)據(jù)在上升沿被裝入移位寄存器。LTC2704的最小裝載序列為24位：4位指令、4位地址和16位的數(shù)據(jù)。如果輸入序列為32位，前8位必須為零，后面與24位的序列相同。

當CS／LD為低電平時，串行回讀輸出引腳(SRO)處于開放狀態(tài)。數(shù)據(jù)在指令(C3～C0)和地址(A3～A0)之后移入SDI。對于24位的裝載序列，16位的數(shù)據(jù)在第8個至第23個時鐘下降沿被移出，控制器在第9個至第24個時鐘上升沿將其移入。

當CS／LD為高電平時，SRO引腳處于高阻狀態(tài)，CS／LD為低電平時，開始裝載數(shù)據(jù)時，SRO輸出低電平直到開始回讀數(shù)據(jù)為止。

當異步裝載引腳LDAC為低電平時，所有DAC更新數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)從緩沖寄存器B1拷貝到B2)，CS／LD在操作中必須為高電平。

2.3.4回讀功能

每個DAC有兩對雙緩沖數(shù)字寄存器，一對用于DAC碼，一對用于輸出span。每一個雙緩沖寄存器包含B1和B2兩個寄存器。B1是保持寄存器，當數(shù)據(jù)通過讀操作被移入B1時，DAC輸出不受影響。B2只能通過拷貝Bl的內容才能改變，B2的內容直接控制DAC輸出電壓和輸出范同。

另外，每個DAC都有一個回讀寄存器，當DAC接收到回讀命令時，4個寄存器中的一個被拷貝到回讀寄存器中，然后移位傳輸?shù)絊RO引腳。在任何讀或更新指令的16位數(shù)據(jù)中，SRO都會移出命令指定的寄存器內容。這種循環(huán)回讀模式可用于減少操作次數(shù)。

當設定了DAC的span后，span位是最后4個被移入；當通過SRO校對DAC的span位時，span位最后被移出。當span被回讀時，輸出DAC的休眠狀態(tài)。

3 LTC2704-16的應用

圖3所示為DSP與LTC2704-16的接口電路。DSP采用SPI方式控制DAC，F(xiàn)SX0與LDAC相連，幀同步信號控制LTC2704-16的4個DAC。當FSX0為低電平時，所有DAC更新。采用3個通用I／O端口(GPIO0、GPIO6、GPIO7)分別控制CS／LD、CLR和RFLAG，并都要連接上拉電阻。其中，RFLAG為標志引腳，當RFLAG為低電平時，D13發(fā)光。DAC的時鐘信號也由DSP的CLKX0引腳提供。

無論是輸入還是輸出，均在CS／LD為低電平時產生。一般輸入或輸出序列都采用24位格式。在序列中前4位為指令，然后是4位DAC地址，最后是16位的數(shù)據(jù)。4位的DAC地址指定由哪個DAC完成指令和處理16位的數(shù)據(jù)，也可以同時選取所有DAC，同時處理相同的指令與數(shù)據(jù)。CS／LD為高電平時，SRO處于高阻狀態(tài)，此時，可更新DAC。DAC的輸出范同和輸出電壓是由B2寄存器決定，由于B2寄存器只能通過拷貝B1的內容才能改變，因此，更新時CS／LD必須為低電平，同時RFLAG變?yōu)榈?strong>電平。當執(zhí)行清零和復位命令時，除B1以外的所有寄存器全部清零，清零或復位后，DAC從B1寄存器讀回原有狀態(tài)。

LTC2704-16采用串口通信方式，與其他的同類器件相比，無需占用更多引腳就可實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省資源。LXC2704-16最大特點是自動校準，每個通道都是獨立的，并帶有反饋功能，可使數(shù)據(jù)輸出更加精確，抗干擾性更強。同讀功能可有效地減少操作次數(shù)，節(jié)約了CPU資源。

4 結束語

LTC2704-16是一款高集成度D／A轉換器，與采用多路DAC輸出并分別放大的同類器件相比，設計和布局簡單。這款D／A轉換器功能強大、結構簡單，可廣泛應用于工業(yè)設備和各種儀器的設計中。