一文看透LTC2655：四通道I²C DAC的性能与应用

在电子设计领域，数模转换器（DAC）如同数字世界与模拟世界之间的桥梁，发挥着至关重要的作用。今天，我们要深入探讨的是Linear Technology推出的LTC2655系列四通道I²C 16/12位轨到轨DAC。它集成了最高10ppm/°C的基准源，为众多应用场景提供了高性能解决方案。

文件下载：LTC2655.pdf

产品概述

LTC2655采用20引脚4mm×4mm QFN和16引脚窄体SSOP封装，内置高性能轨到轨输出缓冲器，保证了输出的单调性。该系列有两种规格：LTC2655 - L使用内部基准源时满量程输出为2.5V，工作电压范围为2.7V至5.5V；LTC2655 - H使用内部基准源时满量程输出为4.096V，工作电压范围为4.5V至5.5V。每个DAC也可采用外部基准源，满量程输出将设定为外部基准电压的两倍。

核心特性剖析

基准源性能出色

• 集成基准源：最大温度系数为10ppm/°C，LTC2655 - L的基准输出电压为1.25V，LTC2655 - H为2.048V，典型温度漂移仅2ppm/°C，能在不同温度环境下保持稳定输出。
• 可选基准模式：用户可通过命令选择内部或外部基准源模式。内部基准源模式是上电默认模式，使用外部基准源时，REFIN/OUT引脚作为输入，输入电压范围为0.5V至VCC/2。
• 基准缓冲器：每个DAC都有独立的高性能基准缓冲器，输入阻抗高，可有效减少DAC切换产生的干扰，将DAC间动态串扰降至1nV•s以下。

高精度与高稳定性

• 高分辨率：提供16位和12位分辨率选择，满足不同精度需求。
• 低非线性误差：16位时最大积分非线性误差（INL）为±4LSB，保证了输出的准确性。
• 低串扰：DAC间串扰极低，小于1nV•s，确保各通道输出的独立性。

灵活的电源与接口设计

• 宽电源范围：LTC2655 - L的电源范围为2.7V至5.5V，LTC2655 - H为4.5V至5.5V，能适应多种电源环境。
• I²C接口：采用2线I²C兼容串行接口，支持标准模式（最高100kHz）和快速模式（最高400kHz），方便与主控设备通信。

其他特性

• 上电复位功能：通过PORSEL引脚控制，可选择上电复位到零刻度或中间刻度，减少上电毛刺对下游电路的影响。
• 异步更新功能：LDAC引脚实现异步DAC更新，方便实时控制输出。

电气特性详解

直流性能

• 分辨率与单调性：提供16位和12位分辨率，保证全温度范围内单调输出。
• 非线性误差：差分非线性误差（DNL）和积分非线性误差（INL）控制在较小范围内，确保输出的线性度。
• 负载调整率：在不同电源电压和负载电流下，负载调整率表现良好，能保持输出电压的稳定。
• 零点误差和增益误差：零点误差（ZSE）和增益误差（GE）较小，且增益温度系数低，保证了输出的准确性和温度稳定性。

交流性能

• 建立时间：在12位时达到±0.024%（±1LSB）的建立时间为3.9μs，16位时达到±0.0015%（±1LSB）为9.1μs，能快速响应输入变化。
• 压摆率：电压输出压摆率为1.8V/μs，可实现快速信号转换。
• 杂散脉冲：在中刻度转换时，-L选项的杂散脉冲为4nV•s，-H选项为7nV•s，减少了信号干扰。

功耗特性

• 正常工作电流：不同电源电压和基准源开启状态下，工作电流在1.2mA至2.5mA之间。
• 关断电流：关断模式下，电源电流仅为3μA，适合对功耗要求较高的应用。

工作原理与操作要点

上电复位

通过PORSEL引脚设置，可将DAC输出在上电时复位到零刻度或中间刻度。例如，将PORSEL接GND，上电时输出复位到零刻度；接VCC则复位到中间刻度。

电源排序与启动

默认情况下，上电时内部基准源会开启。若使用外部基准源，需将REFCOMP引脚硬接地，并通过命令0111b关闭内部基准源。

数字 - 模拟转换公式

[V{OUT(IDEAL) }=2 cdot k / 2^{N}left[V{REF }- REFLO right]+ REFLO] 其中，k是二进制DAC输入代码的十进制等效值，N是分辨率，VREF是REFIN/OUT引脚的电压。由于REFLO需接地，DAC输出范围为0V至2·VREF。

串行接口通信

采用标准2线I²C接口，通过SDA和SCL总线实现与主机的通信。主机发送START条件和7位从机地址（含写位），若地址匹配，LTC2655会进行应答，随后主机发送3字节写数据，完成命令执行。

关断模式

在功率受限的应用中，可使用关断模式降低功耗。通过特定命令，可将任意通道或所有通道及基准源置于关断模式，此时输出呈高阻态，缓冲放大器、偏置电路和基准电路均停止工作。重新执行包含DAC更新的命令即可恢复正常工作，但需注意恢复时间。

基准源模式

• 内部基准源模式：使用命令0110b选择，上电默认开启。为保证稳定性和低噪声，建议在REFCOMP和GND之间连接0.1μF电容。
• 外部基准源模式：使用命令0111b选择，REFIN/OUT引脚作为输入，输入电压范围为0.5V至VCC/2。

应用领域与典型电路

LTC2655适用于移动通信、过程控制、工业自动化、仪器仪表、自动测试设备和汽车等多个领域。这里为大家介绍一个典型的±5V双极性输出DAC电路。该电路使用LTC2655IUF - L16搭配LTC6240和LT1991，通过合理的电阻和电容配置，实现了±5V的双极性输出。

相关产品推荐

Linear Technology还提供了一系列相关DAC产品，如LTC2609、LTC2605等，可根据不同的通道数量、分辨率和接口要求进行选择。

LTC2655凭借其高性能、高精度和灵活性，在数模转换领域具有显著优势。无论是需要高精度控制的工业自动化，还是对功耗敏感的移动通信设备，它都能提供可靠的解决方案。在实际设计中，我们应根据具体需求合理选择和使用该产品，以充分发挥其性能优势。