LTC2753系列器件的性能特点及实现16位DAC电路的设计

郑辛星,张团善 发表于 2020-07-31 16:38:20 收藏 已收藏
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LTC2753系列器件的性能特点及实现16位DAC电路的设计

郑辛星,张团善 发表于 2020-07-31 16:38:20
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1 引言

在工业过程控制设备、仪器仪表和自动测试设备中经常需要软件配置输出范围精度为16位的模拟输出。针对这种需求,提出了一种基于LTC2753的电路设计,可提供所有标准工业范围,电路设计简单、紧凑,精度高且可软件控制。

2 LTC2753简介

LTC2753-16具有软件可编程设置、低功率和精确DC性能使其适用于ATE数据采集模块。此外,该器件还具有良好的AC性能,包括仅为2μs的稳定时间和l nV·s的低干扰脉冲。这对波形的产生非常关键。低干扰降低了DAC中代码变化时的瞬态电压。快速稳定和低干扰减少谐波失真,能够产生高效、清除低噪声的输出波形。LTC2753采用一个双向输入/输出并行接口,实现任何片内寄存器的回读以及DAC输出范围设置。

LTC2753一14和LTC2753—12分别是引脚兼容的14位和12位器件。采用7 mmx7 mm QFN一48封装,为优化最终产品性价比提供了引脚兼容和代码兼容的系列器件。

LTC2753系列器件具有以下主要特性:6种可设置输出范围:单极:0~5 V,0~10 V,双极:±5 V、±10 V、±2.5 V、一2.5~7.5 V;最大16位INL误差:±1 LSB (整个温度范围内);低电源电流(最大值为1μA);在整个温度范围内可保证单调;低干扰脉冲1 nV/s;2.7~5.5 V单电源工作;2μs快速稳定时间至±lLSB;具有数据和回读的并行接口;在任何输出范围内异步CLR引脚将DAC输出清除至0 V;上电复位将DAC输出清除至0 V;48引脚7 mmx7 mm QFN封装。

3、 典型应用

图1给出LTC2753的典型应用电路图。

LTC2753系列器件的性能特点及实现16位DAC电路的设计

3.1 输出范围

当外接5 V参考电压时,LTC2753可提供6种输出范围。参考电压为2 V时,输出范围为:0~2 V、O~4 V、±1 V、±2 V、±4 V和-1~3 V。除2 V和5 V之外,其他输出范围都随参考电压呈线性变化。

3.2 数字部分

LTC2753的每个DAC都有4个内部寄存器,共有8个寄存器,如图2所示。每个DCC通道都有2组双缓冲寄存器,一组用于寄存数据,一组用于寄存输出范围。双缓冲寄存器具有同步更新范围和编码功能。当改变电压输出范围时,双缓冲功能使电压平滑转换,无毛刺产生。乘法DAC同步更新。每组双缓冲寄存器是由输入寄存器和DAC寄存器组成。输入寄存器为保持寄存器,当数据载入输入寄存器需经过一个写操作,而DAC输出不受影响。另一方面,DAC寄存器直接控制DAC输出电压或输出范围,将与其连接的输入寄存器中的内容复制到DAC寄存器,改变DAC寄存器内容,则需经过一个更新操作。

3.3 写和更新操作

执行一次写操作:将D/S引脚与WR引脚置低,直接通过16位微处理器总线将数据写入输入寄存器。UPD引脚置高,将输入寄存器储存的数据复制到DAC寄存器,完成一次更新操作。数据与范围同时更新;除非输入寄存器的值先经一个写操作被改变,否则DAC寄存器的值不会改变。

范围输入寄存器的载入:将D/S引脚置高,WR引脚置低。除了并行位的个数不同外,范围寄存器与数据寄存器结构相同。范围寄存器有3位,而数据寄存器有12、14或16位。若要数据寄存器和范围寄存器在工作模式下保持透明,则要将WR引脚置低,UPD置高,阻止了输出干扰脉冲的增加。限变器在UPD引脚的上升沿有效。

当WR和UPD连在一起由一单时钟信号驱动时,输入寄存器和DAC寄存器则以主从支配关系,或是边沿触发、配置的模式工作。在时钟的下降沿,数据位存入输入寄存器,随着时钟上升沿的到来,进入DAC寄存器。

SPAN引脚S2~SO用数据LSB共享数据,同时将数据和范围控制在一个16位数据总线上,范围和数据不能同时进行写或读操作。

异步CLR引脚在任何输出范围内都可将DAC输出清除至O V,CLR对所有数据寄存器复位,而不干扰范围寄存器。

这些装置也可通过上电复位将DAC的输出电压在任何输出范围初始化至0 V。如果是软件范围配置,DAC上电至0~5 V之间;若是手动范围,DAC采用适当编码,选用手动上电。

3.4 手动范围配置

若要配置LTC2753为单范围,将MSPAN引脚置高,D/S引脚置地。通常,要求的输出范围由SPAN I/O引脚(S2~SO)设定,但通过直接接地或接电源编程设置的,如图3所示。在这个配置中,DAC的通道都可以在上电时对选择的输出范围初始化。当设定手动范围操作时,SPAN引脚的回读功能无效。

3.5 回读功能

8个接口寄存器中任一个的内容都从I/O端口回读。I/O引脚分成数据和范围两部分。数据I/0端口由引脚DO~D15组成,范围I/O口由SO~S2组成。

每个DAC通道有一组数据寄存器用于控制和回读数据I/O端口,一组范围寄存器控制和回读范围I/O端口。

当DAC通道和I/O端口选择后,将READ引脚设置为逻辑高电平启动回读功能。当READ引脚置低时,I/O端口高阻抗数字输入,回读过程变成低阻抗逻辑输出。

选择DAC通道采用地址引脚A1和A0,选择I/O端口(数据或范围)用于回读采用D/S引脚。在回读过程中,已选的I/O口引脚用作逻辑输出,而未选用的I/O口引脚保持高阻抗输入状态。

选用DAC通道和I/O口,READ置高,用于UPD引脚的输入和DAC寄存器。UPD引脚有两个功能:当READ置低时,具有更新功能;当READ置高,更新功能无效,UPD引脚选择输入或DAC寄存器的回读。

回读功能是在输入寄存器写入数据后,检查其内容,在DAC寄存器更新新数据之前检测DAC寄存器。已选端口的寄存器是其I/O引脚的输出。

要想回读DAC寄存器,保持UPD为低,READ置高,再将UPD置高,并选择DAC寄存器,被选的DAC寄存器由I/O引脚输出。如果回读后不要求更新,必须将UPD置低,再将READ置低,否则UPD引脚将会复位到之前功能并更新DAC。

3.6 系统偏移量调节

系统的RVOSA和RVOSB偏移量调整引脚是为了补偿整个系统偏移量,如图4所示。为了可以抗干扰和轻松调整,电压控制被减弱为DAC输出,LTl027提供电源RVOSX引脚有一只l MΩ的输入阻抗。为了保护LTC2753的性能,需采用一只至少10 kΩ的等效阻抗驱动该引脚,缩短任何无用的系统偏移量调节引脚IOUT2。

3.7 工作放大器的选择

由于LTC2753—16具有16位的高精度。因此在选择工作放大器要慎重考虑,以期达到最佳状态。而工作放大器偏移量的INL和DNL的灵敏度相对上一代的乘法DAC已大大降低。

4、 结语

创建一个高精度、多种输出范围软件配置的16位DAC不再是一件复杂、昂贵的设计。现在一个简洁的电路设计产生了更小的尺寸、低成本和更高精度的回报。

责任编辑:gt

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