LTC7106：一款带PMBus接口的7位电流DAC

在电子设计领域，电源管理的精确控制至关重要。今天，我们来深入了解一款名为LTC7106的7位电流DAC，它在电源系统中有着出色的表现。

文件下载：LTC7106.pdf

一、产品概述

LTC7106是一款高精度、由PMBus控制的双向电流数模转换器，能够调整任何传统 (V{FB}) 参考稳压器的输出电压。它可以与绝大多数电源管理控制器或稳压器配合使用，实现输出电压的数字控制。该产品具有±0.8% IDAC正输出电流精度（全温度范围）和±1.5% IDAC负输出电流精度（全温度范围），输入电压范围为2.5V至5.5V，IDAC输出在禁用时呈高阻抗状态，IDAC工作电压范围宽（0.4V至2.0V），还具备7位可编程DAC输出电流用于DC/DC (V{OUT}) 控制，IDAC输出电流范围广（±16μA至±256μA），可编程压摆率为500ns ~ 3ms每比特，采用10引脚（3mm × 2mm）DFN封装。

二、产品特性与优势

高精度电流输出

LTC7106在全温度范围内能保持较高的电流输出精度，这对于对电源精度要求较高的应用场景非常关键。无论是正输出电流还是负输出电流，都能在规定的误差范围内稳定输出，为电源系统的稳定运行提供了保障。

PMBus/I2C兼容串行接口

支持PMBus和I2C通信协议，方便与其他设备进行通信和控制。通过串行接口，可以实现对LTC7106的各种参数设置和状态读取，提高了系统的可配置性和灵活性。

宽输入电压范围和高阻抗输出

2.5V至5.5V的输入电压范围，使得LTC7106可以适应多种电源环境。而IDAC输出在禁用时的高阻抗状态，能够有效避免不必要的电流消耗，提高系统的能效。

可编程特性

7位可编程DAC输出电流为DC/DC (V_{OUT}) 控制提供了多种选择。用户可以根据实际需求设置输出电流，从而实现对输出电压的精确调整。同时，可编程压摆率功能可以防止D/A输出电流和DC/DC稳压器输出电压的突然变化，保护系统的稳定性。

三、引脚功能与配置

引脚功能

• (V_{DD}) （引脚3）：输入电源，需通过电容（0.1µF至1µF）旁路到GND。
• IDAC（引脚6）：双向电流DAC输出。
• EN（引脚7）：芯片使能引脚，当EN接地时，电流DAC输出处于高阻态，且不能让EN浮空。
• SDA（引脚1）：串行总线数据输入和开漏输出，应用中需要一个上拉电阻连接到 (V_{DD}) 。
• SCL（引脚2）：串行总线时钟输入。
• GPO（引脚8）：开漏数字输出，需要一个上拉电阻连接到 (V_{DD}) 。
• ALERT（引脚4）：开漏数字输出，需要一个上拉电阻连接到 (V_{DD}) 。
• ASEL1/ASEL0（引脚10、9）：串行总线地址选择输入，每个引脚有三种状态（ (V_{DD}) 、浮空和GND），这两个引脚可提供9个地址。
• GND（引脚5）：接地。

  引脚配置

  LTC7106采用10引脚（3mm × 2mm）塑料DFN封装，热阻参数为 (theta{JA}=55^{circ} C / W) ， (theta{JC}=16.8^{circ} C / W) 。

四、工作原理

基本工作模式

LTC7106是一个由PMBus控制的7位D/A转换器电流源。通过其PMBus接口，它接收一个7位DAC代码，并将该值转换为通过IDAC引脚的双向模拟输出电流。通过将IDAC连接到电压调节器的反馈节点，IDAC可以根据以下公式改变调节器的输出电压： [V{OUT }=V{REF } cdotleft(1+R{FB 1} / R{FB 2}right)-I{D A C} cdot R{FB 1}] 其中， (V{REF}) 是电压调节器的参考电压， (R{FB 1}) 和 (R_{FB 2}) 是电压调节器的电阻分压器， (IDAC) 是编程的双向电流。

芯片使能（EN引脚）

LTC7106由EN引脚激活，其开启/关闭阈值为1.2V。当EN为低电平（<1.2V）时，IDAC处于高阻抗（Hi - Z）状态，但PMBus接口仍然活跃，用户可以对设备进行编程并读取内部寄存器的值。当EN变为高电平时，设备将执行MFR_IOUT_COMMAND、MFR_IOUT_MARGIN_HIGH、MFR_IOUT_MARGIN_LOW等命令。

压摆率控制

为了防止D/A输出电流和DC/DC稳压器输出电压的突然变化，LTC7106包含一个内部数字可编程压摆率控制。压摆率范围可以通过一个6位寄存器从0.5µs/步编程到3.58ms/步，默认值为3.58ms/步。

电流范围设置和D/A编程

LTC7106默认设置为1µA LSB的7位双向电流DAC。MSB决定电流方向，当MSB为0时， (I{DAC}) 为源电流（降低 (V{OUT}) ），当MSB为1时， (I{DAC}) 为吸收电流（增加 (V{OUT}) ）。此外，它还提供高范围和低范围选项，通过数字接口将LSB值分别改为4µA和0.25µA，以扩展输出电流范围和可编程输出电压范围。不过，建议使用标称范围进行设计，以获得最高的精度。

五、PMBus串行接口

接口特性

LTC7106的串行接口是一个符合PMBus的从设备，可在10kHz至400kHz的任何频率下工作。它始终响应全局广播地址0x5A或0x5B（7位）。该串行接口支持PMBus规范中定义的多种协议，如发送命令、写字节、组命令、读字节和读字等。

通信故障处理

尝试访问不支持的命令或向支持的命令写入无效数据将导致CML故障。CML位将在STATUS_BYTE命令中设置，并且ALERT引脚将被拉低。

设备寻址

LTC7106在PMBus接口上提供四种不同类型的寻址方式，包括全局寻址、设备寻址、轨寻址和警报响应地址（ARA）。每种寻址方式都有其特定的用途和应用场景，需要用户进行合理规划，以避免寻址冲突。

故障状态监测

STATUS_BYTE和ALERT引脚为主机提供LTC7106的故障状态信息。同时，LTC7106实现了超时功能，以避免串行接口挂起。数据数据包定时器在设备地址写字节之前的第一个START事件开始，如果数据数据包信息在25ms内未完成，LTC7106将使总线三态并忽略给定的数据数据包。

六、应用信息

IDAC精度

LTC7106提供三种 (I_{DAC}) 输出电流范围，但只有标称范围（LSB = ±1μA）经过优化，具有最高的精度。因此，建议用户在设计电阻分压器时使用IDAC的标称范围设置。

(V_{OUT}) 精度

当 (I{D A C}=0) 时，定义 (V{OUT 0}=V{REF }left[1+frac{R{FB 1}}{R{FB 2}}right]) 。输出电压根据 (V{OUT }=V{REF }left[1+frac{R{F B 1}}{R{F B 2}}right]-I{D A C} cdot R{F B 1}) 设置。通过推导可以得出，当 (Ratio <0) 或 (Ratio ≥2) 时， (V{OUT}) 误差可以从 (IDAC) 误差中得到衰减。在高裕度情况下， (I{DAC}<0) ， (Ratio < 0) ， (V{OUT}) 误差总是小于 (IDAC) 误差；在低裕度情况下， (I{DAC }>0) ，只有当 (Ratio =frac{V{OUT 0}}{I{D A C} cdot R{F B 1}}>2) 时， (V_{OUT}) 误差才会被衰减。

设计实例

• 案例一：控制LTC7150S降压稳压器 假设LTC7150S提供1.5V输出，需要将 (V{OUT}) 从1.5V降至1.0V。 (V{FB}) 为0.6V，电压分压器为外部元件。为了实现LTC7106的最佳精度，选择 (R{TOP}=10 k Omega) 和 (R{BOT}=6.65 k Omega) ，则 (I_{D A C}=(1.5 ~V-1.0 ~V) / 10 k Omega=+50 mu A) 。选择MFRCONTROL ([6: 5]=00) （范围 = 标称）将 (I{DAC}) LSB设置为1μA，通过查找表2，选择DAC ([6: 0]=0110010) 来设置 (I{D A C}=+50 mu A) ，从而将 (V{OUT}) 从1.5V降至1.0V。
• 案例二：控制LTM4636 μModule LTM4636提供1.2V输出，需要将 (V{OUT}) 从1.2V提高到2.0V。 (V{FB}) 为0.6V，顶部电压分压器为内部元件（ (R{TOP}=4.99 k Omega) ），因此 (R{BOT}) 固定为4.99kΩ。则 (I_{D A C}=(1.2 ~V-2.0 ~V) / 4.99 k Omega=-160 mu A) 。选择MFRCONTROL ([6: 5]=10) （范围 = 高）将 (I{DAC}) LSB设置为4μA，从表3中选择 (DAC[6: 0]=1011000) 来设置 (I{D A C}=-160 mu A) ，从而将 (V{OUT}) 从1.2V提高到2.0V。
• 案例三：控制LTC3784升压控制器 LTC3784提供2相28V/10A输出，需要将 (V{OUT}) 从28V控制到18V。 (V{FB}) 为1.2V，电压分压器为外部元件。基于与案例一相同的设计标准，选择 (R{TOP}=200 k Omega) 和 (R{BOT}=8.97 k Omega) ，则 (I_{DAC}=(28 ~V-18 ~V) / 200 k Omega=+50 mu A) 。选择MFRCONTROL ([6: 5]=00) （范围 = 标称）将 (I{DAC}) LSB设置为1μA，通过查找表2，选择 (DAC[6: 0]=0001110) 来设置 (I{D A C}=+50 mu A) ，从而将 (V{OUT}) 从28V降至18V。

七、总结

LTC7106是一款功能强大、性能出色的7位电流DAC，具有高精度、宽输入电压范围、可编程特性等优点。通过PMBus接口，它可以方便地与其他设备进行通信和控制，实现对电源系统输出电压的精确调整。在实际应用中，用户可以根据具体需求选择合适的电流范围和参数设置，以获得最佳的性能和精度。同时，通过合理的设计和应用，LTC7106可以与多种电源管理控制器或稳压器配合使用，为各种电源系统提供可靠的解决方案。你在使用LTC7106的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。