解析 LTC1590：双路 12 位乘法型 DAC 的卓越性能与应用

在电子工程领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。LTC1590 作为一款双路 12 位乘法型 DAC，以其出色的性能和广泛的应用场景，成为工程师们的热门选择。今天，我们就来深入了解一下 LTC1590 的特点、性能以及应用。

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一、LTC1590 概述

LTC1590 是一款双路、串行输入 12 位乘法型数模转换器，它集成了两个电流输出乘法型 CMOS DAC，并配备了易于使用的 SPI 兼容串行接口和菊花链输出。异步 CLR 引脚可将两个 DAC 置零。其在精度、稳定性和多功能性方面表现出色，同时采用了双 12 位乘法型 DAC 中最小的封装。该器件有 16 引脚 PDIP 和窄型 SO 封装可供选择，并在商业和工业温度范围内都有明确的规格。

二、关键特性

高精度

• DNL 和 INL：在整个温度范围内，最大 DNL 和 INL 仅为 ±0.5LSB，这确保了输出的高线性度。
• 增益误差：最大增益误差为 ±1LSB，保证了输出信号的准确性。

低功耗

最大电源电流仅为 10µA，非常适合对功耗要求较高的应用场景。

多功能性

• 4 象限乘法：支持 4 象限乘法运算，可实现更复杂的信号处理。
• 电源复位和异步清零：具备电源复位功能和异步清零输入，方便系统的初始化和控制。
• 菊花链 3 线串行接口：允许多个 DAC 进行菊花链连接，简化了系统设计。

三、电气特性

精度相关参数

• 分辨率：12 位分辨率，能够提供较为精细的模拟输出。
• 积分非线性（INL）：最大 ±0.5LSB，确保输出信号的线性度。
• 微分非线性（DNL）：在整个温度范围内保证单调，最大 ±0.5LSB。
• 增益误差：在 25°C 时最大 ±1LSB，在整个温度范围内最大 ±2LSB。
• 增益温度系数：典型值为 1ppm/°C，最大值为 5ppm/°C，保证了在不同温度下的增益稳定性。

其他特性

• 泄漏电流：OUT1A 和 OUT1B 的泄漏电流在 25°C 时最大 ±5nA，在整个温度范围内最大 ±25nA。
• 零刻度误差：在 25°C 时最大 ±0.03LSB，在整个温度范围内最大 ±0.15LSB。
• 电源抑制比（PSRR）：在 (V_{CC}=5V ± 10%) 时，为 ±0.0001% 至 ±0.002%/%。

交流性能

• 数模毛刺脉冲：最大 1nV - s。
• 乘法馈通误差：在特定条件下为 -89dB 至 -80dB。
• 输出电流建立时间：对于满量程变化，达到 0.01% 的建立时间为 0.3µs 至 0.8µs。
• 通道间隔离：典型值为 -90dB。
• 数字串扰：最大 1nV - s。
• 输出噪声电压密度：在 10Hz 至 100kHz 范围内为 13nV/√Hz。
• 总谐波失真（THD）：在特定条件下为 -108dB 至 -92dB。
• 乘法带宽：典型值为 1MHz。

四、引脚功能

• (V{REF B}) 和 (V{REF A})：分别为 DAC A 和 DAC B 的参考输入，通常为 ±10V，最大可接受 ±25V。
• RFB B 和 RFB A：DAC A 和 DAC B 的反馈电阻，通常连接到电流 - 电压转换运算放大器的输出，电压范围通常为 ±10V，可从 0V 到 (-V_{REF}) 摆动。
• OUT1 B 和 OUT1 A：DAC A 和 DAC B 的真实电流输出，通常连接到电流 - 电压转换运算放大器的反相输入。
• OUT2 B 和 OUT2 A：DAC A 和 DAC B 的互补电流输出，通常接地。
• AGND：模拟接地引脚，需接地。
• DGND：数字接地引脚，需接地。
• (overline{CS} / LD)：串行接口使能和加载控制输入。当 (CS/LD) 为低电平时，CLK 信号使能，数据可以时钟输入；当 (CS/LD) 为高电平时，数据从移位寄存器加载到 DAC 寄存器，更新 DAC 输出。
• DOUT：串行数据输出，数据在 CLK 的上升沿有效。
• (D_{IN})：串行数据输入，(DIN) 引脚上的数据在串行时钟的上升沿锁存到移位寄存器，数据以 24 位字的形式加载，前 12 位用于 DAC A，后 12 位用于 DAC B，均为 MSB 优先。
• CLK：串行接口时钟输入。
• CLR：DAC 的清零引脚，拉低时将两个 DAC 清零，正常工作时应连接到 (VCC)。
• (V_{CC})：正电源输入，电压范围为 4.5V 至 5.5V，需要一个旁路电容接地。

五、应用信息

串行 I/O

LTC1590 具有 3 线 SPI/MICROWIRE 兼容串行端口，可接受 24 位串行字。数据以 MSB 优先的方式加载，前 12 位控制 DAC A，后 12 位控制 DAC B。数据在 CLK 的上升沿移入 (DIN) 输入。在传输数据之前，(CS/LD) 输入必须置低以启用 CLK 输入。传输数据后，将 (CS/LD) 拉高，将数据从移位寄存器加载到 DAC 寄存器，更新两个 DAC 的输出。24 位移位寄存器的缓冲输出可在 (Dout) 引脚上获取，多个 DAC 可通过将 (Dout) 引脚连接到下一个 DAC 的 (DIN) 引脚进行菊花链连接。

等效电路

LTC1590 的等效模拟电路中，参考输入 (R)（即 (RREF)）标称值为 11k。DAC 输出由 Thevinin 等效电流源表示，其值为：(Code/4096)(VREF/R)。电流源 (I{LKG}) 模拟 DAC 输出开关的结泄漏，在 85°C 时通常小于 5nA，温度每降低 10°C 约减小两倍。(C{OUT}) 是输出电容，从 0 刻度的 30pF 到满刻度的 60pF 变化。(R_{0}) 是等效输出电阻，随数字输入代码变化。

工作模式

• 单极性 2 象限乘法模式：可与双运算放大器配合使用，提供双 2 象限乘法型 DAC。推荐使用 33pF 反馈电容来补偿内部反馈电阻和 OUT1 输出电容引起的极点。对于高速运算放大器，该反馈电容是稳定性所必需的，较小的值（8pF 至 15pF）可获得最快的瞬态响应和最短的建立时间；较大的反馈电容可降低宽带噪声、毛刺脉冲和低频信号的失真。
• 双极性 4 象限乘法模式：通过在单极性应用电路的基础上增加三个电阻和一个运算放大器，可实现双 4 象限乘法型 DAC。这些额外的器件提供 -2 的增益和 (-1)(VREF) 的偏移，以产生相应的传输函数。

运算放大器选择

为保持 LTC1590 的高精度和稳定性，选择合适的运算放大器至关重要。与同类竞争产品相比，INL 和 DNL 对运算放大器失调的敏感度已显著降低。运算放大器的 (V{OS}) 会导致 DAC 输出失调，由于 DAC 的等效输出电阻 (R{0}) 随代码变化，会产生与代码相关的 DAC 输出误差，与 (Vos) 成正比。对于固定参考应用，这会导致增益、INL 和 DNL 误差；对于乘法应用，会出现与代码相关的直流输出电压误差。运算放大器的偏置电流仅会导致一个等于 ((I{BIAS})(R{FB}) approx(I_{BIAS})(11 k Omega)) 的失调误差。需要注意的是，通过电阻将运算放大器的非反相输入接地并不能消除偏置电流误差，也不应使用运算放大器的调零引脚来调整偏置电流引起的失调，因为这会增加 DAC OUT1 和 OUT2 引脚之间的失调，导致 INL、DNL 和增益误差。如果需要调整运算放大器的失调误差，应将运算放大器的输入失调电压（OUT1 和 OUT2 之间的电压差）调零。

接地

与任何高精度数据转换器一样，良好的接地非常重要。应使用低阻抗模拟接地平面和星型接地。OUT2 承载互补 DAC 输出电流，应尽可能低电阻地连接到星型接地。其他必须连接到星型接地点的包括 (V{REF}) 输入接地、运算放大器的非反相输入和 (V{OUT}) 接地参考点。

六、典型应用

双可编程衰减器

可实现对输入信号的可编程衰减，通过串行接口控制衰减量。

超低功耗单电源双 VOUT DAC

适用于对功耗要求极高的应用场景，可提供双路模拟输出。

双可编程增益放大器

能够根据需要调整增益，实现对输入信号的放大。

带输入衰减的双可编程增益放大器

在可编程增益的基础上，增加了输入衰减功能，可满足更复杂的信号处理需求。

七、相关产品

产品编号	描述	备注
LTC1595	8 引脚 SO 封装的 16 位乘法型 DAC	是 DAC8043 的真正 16 位升级版
LTC1596	16 位乘法型 DAC	是 DAC8143 和 AD7543 的真正 16 位升级版
LTC7541A	并行 I/O 乘法型 12 位 DAC	12 位宽并行输入
LTC7543/LTC8143	串行 I/O 乘法型 12 位 DAC	具有清零引脚和串行数据输出（LTC8143）
LTC7545A	并行 I/O 乘法型 12 位 DAC	12 位宽锁存并行输入
LTC8043	串行 I/O 乘法型 12 位 DAC	8 引脚 SO 和 PDIP 封装

综上所述，LTC1590 以其高精度、低功耗、多功能性等特点，在过程控制、工业自动化、软件控制增益调整、数字控制滤波器和电源以及自动测试设备等领域有着广泛的应用前景。工程师们在设计相关电路时，可以根据具体需求充分发挥 LTC1590 的优势，实现高效、稳定的系统设计。大家在实际应用中是否遇到过类似 DAC 的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。