解析 LTC1590：雙路 12 位乘法型 DAC 的卓越性能與應(yīng)用

在電子工程領(lǐng)域，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是連接數(shù)字世界和模擬世界的關(guān)鍵橋梁。LTC1590 作為一款雙路 12 位乘法型 DAC，以其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為工程師們的熱門選擇。今天，我們就來深入了解一下 LTC1590 的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用。

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一、LTC1590 概述

LTC1590 是一款雙路、串行輸入 12 位乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它集成了兩個(gè)電流輸出乘法型 CMOS DAC，并配備了易于使用的 SPI 兼容串行接口和菊花鏈輸出。異步 CLR 引腳可將兩個(gè) DAC 置零。其在精度、穩(wěn)定性和多功能性方面表現(xiàn)出色，同時(shí)采用了雙 12 位乘法型 DAC 中最小的封裝。該器件有 16 引腳 PDIP 和窄型 SO 封裝可供選擇，并在商業(yè)和工業(yè)溫度范圍內(nèi)都有明確的規(guī)格。

二、關(guān)鍵特性

高精度

• DNL 和 INL：在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，最大 DNL 和 INL 僅為 ±0.5LSB，這確保了輸出的高線性度。
• 增益誤差：最大增益誤差為 ±1LSB，保證了輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。

低功耗

最大電源電流僅為 10μA，非常適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

多功能性

• 4 象限乘法：支持 4 象限乘法運(yùn)算，可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的信號(hào)處理。
• 電源復(fù)位和異步清零：具備電源復(fù)位功能和異步清零輸入，方便系統(tǒng)的初始化和控制。
• 菊花鏈 3 線串行接口：允許多個(gè) DAC 進(jìn)行菊花鏈連接，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

三、電氣特性

精度相關(guān)參數(shù)

• 分辨率：12 位分辨率，能夠提供較為精細(xì)的模擬輸出。
• 積分非線性（INL）：最大 ±0.5LSB，確保輸出信號(hào)的線性度。
• 微分非線性（DNL）：在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保證單調(diào)，最大 ±0.5LSB。
• 增益誤差：在 25°C 時(shí)最大 ±1LSB，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)最大 ±2LSB。
• 增益溫度系數(shù)：典型值為 1ppm/°C，最大值為 5ppm/°C，保證了在不同溫度下的增益穩(wěn)定性。

其他特性

• 泄漏電流：OUT1A 和 OUT1B 的泄漏電流在 25°C 時(shí)最大 ±5nA，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)最大 ±25nA。
• 零刻度誤差：在 25°C 時(shí)最大 ±0.03LSB，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)最大 ±0.15LSB。
• 電源抑制比（PSRR）：在 (V_{CC}=5V ± 10%) 時(shí)，為 ±0.0001% 至 ±0.002%/%。

交流性能

• 數(shù)模毛刺脈沖：最大 1nV - s。
• 乘法饋通誤差：在特定條件下為 -89dB 至 -80dB。
• 輸出電流建立時(shí)間：對(duì)于滿量程變化，達(dá)到 0.01% 的建立時(shí)間為 0.3μs 至 0.8μs。
• 通道間隔離：典型值為 -90dB。
• 數(shù)字串?dāng)_：最大 1nV - s。
• 輸出噪聲電壓密度：在 10Hz 至 100kHz 范圍內(nèi)為 13nV/√Hz。
• 總諧波失真（THD）：在特定條件下為 -108dB 至 -92dB。
• 乘法帶寬：典型值為 1MHz。

四、引腳功能

• (V{REF B}) 和 (V{REF A})：分別為 DAC A 和 DAC B 的參考輸入，通常為 ±10V，最大可接受 ±25V。
• RFB B 和 RFB A：DAC A 和 DAC B 的反饋電阻，通常連接到電流 - 電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器的輸出，電壓范圍通常為 ±10V，可從 0V 到 (-V_{REF}) 擺動(dòng)。
• OUT1 B 和 OUT1 A：DAC A 和 DAC B 的真實(shí)電流輸出，通常連接到電流 - 電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器的反相輸入。
• OUT2 B 和 OUT2 A：DAC A 和 DAC B 的互補(bǔ)電流輸出，通常接地。
• AGND：模擬接地引腳，需接地。
• DGND：數(shù)字接地引腳，需接地。
• (overline{CS} / LD)：串行接口使能和加載控制輸入。當(dāng) (CS/LD) 為低電平時(shí)，CLK 信號(hào)使能，數(shù)據(jù)可以時(shí)鐘輸入；當(dāng) (CS/LD) 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)從移位寄存器加載到 DAC 寄存器，更新 DAC 輸出。
• DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在 CLK 的上升沿有效。
• (D_{IN})：串行數(shù)據(jù)輸入，(DIN) 引腳上的數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘的上升沿鎖存到移位寄存器，數(shù)據(jù)以 24 位字的形式加載，前 12 位用于 DAC A，后 12 位用于 DAC B，均為 MSB 優(yōu)先。
• CLK：串行接口時(shí)鐘輸入。
• CLR：DAC 的清零引腳，拉低時(shí)將兩個(gè) DAC 清零，正常工作時(shí)應(yīng)連接到 (VCC)。
• (V_{CC})：正電源輸入，電壓范圍為 4.5V 至 5.5V，需要一個(gè)旁路電容接地。

五、應(yīng)用信息

串行 I/O

LTC1590 具有 3 線 SPI/MICROWIRE 兼容串行端口，可接受 24 位串行字。數(shù)據(jù)以 MSB 優(yōu)先的方式加載，前 12 位控制 DAC A，后 12 位控制 DAC B。數(shù)據(jù)在 CLK 的上升沿移入 (DIN) 輸入。在傳輸數(shù)據(jù)之前，(CS/LD) 輸入必須置低以啟用 CLK 輸入。傳輸數(shù)據(jù)后，將 (CS/LD) 拉高，將數(shù)據(jù)從移位寄存器加載到 DAC 寄存器，更新兩個(gè) DAC 的輸出。24 位移位寄存器的緩沖輸出可在 (Dout) 引腳上獲取，多個(gè) DAC 可通過將 (Dout) 引腳連接到下一個(gè) DAC 的 (DIN) 引腳進(jìn)行菊花鏈連接。

等效電路

LTC1590 的等效模擬電路中，參考輸入 (R)（即 (RREF)）標(biāo)稱值為 11k。DAC 輸出由 Thevinin 等效電流源表示，其值為：(Code/4096)(VREF/R)。電流源 (I{LKG}) 模擬 DAC 輸出開關(guān)的結(jié)泄漏，在 85°C 時(shí)通常小于 5nA，溫度每降低 10°C 約減小兩倍。(C{OUT}) 是輸出電容，從 0 刻度的 30pF 到滿刻度的 60pF 變化。(R_{0}) 是等效輸出電阻，隨數(shù)字輸入代碼變化。

工作模式

• 單極性 2 象限乘法模式：可與雙運(yùn)算放大器配合使用，提供雙 2 象限乘法型 DAC。推薦使用 33pF 反饋電容來補(bǔ)償內(nèi)部反饋電阻和 OUT1 輸出電容引起的極點(diǎn)。對(duì)于高速運(yùn)算放大器，該反饋電容是穩(wěn)定性所必需的，較小的值（8pF 至 15pF）可獲得最快的瞬態(tài)響應(yīng)和最短的建立時(shí)間；較大的反饋電容可降低寬帶噪聲、毛刺脈沖和低頻信號(hào)的失真。
• 雙極性 4 象限乘法模式：通過在單極性應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上增加三個(gè)電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器，可實(shí)現(xiàn)雙 4 象限乘法型 DAC。這些額外的器件提供 -2 的增益和 (-1)(VREF) 的偏移，以產(chǎn)生相應(yīng)的傳輸函數(shù)。

運(yùn)算放大器選擇

為保持 LTC1590 的高精度和穩(wěn)定性，選擇合適的運(yùn)算放大器至關(guān)重要。與同類競爭產(chǎn)品相比，INL 和 DNL 對(duì)運(yùn)算放大器失調(diào)的敏感度已顯著降低。運(yùn)算放大器的 (V{OS}) 會(huì)導(dǎo)致 DAC 輸出失調(diào)，由于 DAC 的等效輸出電阻 (R{0}) 隨代碼變化，會(huì)產(chǎn)生與代碼相關(guān)的 DAC 輸出誤差，與 (Vos) 成正比。對(duì)于固定參考應(yīng)用，這會(huì)導(dǎo)致增益、INL 和 DNL 誤差；對(duì)于乘法應(yīng)用，會(huì)出現(xiàn)與代碼相關(guān)的直流輸出電壓誤差。運(yùn)算放大器的偏置電流僅會(huì)導(dǎo)致一個(gè)等于 ((I{BIAS})(R{FB}) approx(I_{BIAS})(11 k Omega)) 的失調(diào)誤差。需要注意的是，通過電阻將運(yùn)算放大器的非反相輸入接地并不能消除偏置電流誤差，也不應(yīng)使用運(yùn)算放大器的調(diào)零引腳來調(diào)整偏置電流引起的失調(diào)，因?yàn)檫@會(huì)增加 DAC OUT1 和 OUT2 引腳之間的失調(diào)，導(dǎo)致 INL、DNL 和增益誤差。如果需要調(diào)整運(yùn)算放大器的失調(diào)誤差，應(yīng)將運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓（OUT1 和 OUT2 之間的電壓差）調(diào)零。

接地

與任何高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一樣，良好的接地非常重要。應(yīng)使用低阻抗模擬接地平面和星型接地。OUT2 承載互補(bǔ) DAC 輸出電流，應(yīng)盡可能低電阻地連接到星型接地。其他必須連接到星型接地點(diǎn)的包括 (V{REF}) 輸入接地、運(yùn)算放大器的非反相輸入和 (V{OUT}) 接地參考點(diǎn)。

六、典型應(yīng)用

雙可編程衰減器

可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的可編程衰減，通過串行接口控制衰減量。

超低功耗單電源雙 VOUT DAC

適用于對(duì)功耗要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，可提供雙路模擬輸出。

雙可編程增益放大器

能夠根據(jù)需要調(diào)整增益，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大。

帶輸入衰減的雙可編程增益放大器

在可編程增益的基礎(chǔ)上，增加了輸入衰減功能，可滿足更復(fù)雜的信號(hào)處理需求。

七、相關(guān)產(chǎn)品

綜上所述，LTC1590 以其高精度、低功耗、多功能性等特點(diǎn)，在過程控制、工業(yè)自動(dòng)化、軟件控制增益調(diào)整、數(shù)字控制濾波器和電源以及自動(dòng)測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。工程師們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以根據(jù)具體需求充分發(fā)揮 LTC1590 的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似 DAC 的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。