多通道D／A转换器LTC2704-16及其应用

1概述

LTC2704-16是Linear公司生产的独立4通道16位D／A转换器。该D／A转换器具有4个独立的数模转换通道，转换速度快，可广泛应用于过程控制、工业自动化、增益控制、自检测设备等领域。

2 LTC2704-16简介

2.1主要特性

LTC2704-16的主要特性如下：6种可编程输出范围：单极性：0 V～5 V，0 V～10 V；双极性：±5 V、±10 V、+2.5 V、-2.5 V～7.5 V；所有片上寄存器串行回读；输出驱动±5 mA；信号抖动<2 nV-sec；INL和DNL为1LSB；44引脚SSOP封装。

2.2引脚功能

LTC2704-16的引脚排列如图1所示，各引脚功能描述如下：

V-：模拟负电源。一般为-15 V，范围为-4.5 V～16.5 V。通常情况下，为了抗干扰需在模拟地之间并联2只1μF的旁路电容。
LDAC：异步DAC装载输入。当LDAC为低电平时，更新所有DAC。
CS／LD：同步片选与装载引脚。
SDI：串行数据输入端。当CS／LD为低电平时，数据在脉冲的上升沿载人。
SRO：串行回读数据输出端。脉冲的下降沿输出数据。回读数据在最后一位地址A0后输出。
SCK：串行时钟端。
CLR：异步清零端。当该引脚为低电平时，所有的码与span B2寄存器全部清零。所有的DAC输出也全部清零。
V+1：模拟电源为DAC的A和B通道提供模拟电源范围为4.5 V～16.5 V，一般为15 V。V+1与V+2不同。通常为了抗干扰应在模拟地之间接2只并联的1 μF的旁路电容。

V+2：模拟电源为DAC的C和D通道提供模拟电源，范围为4.5 V～16.5 V。一般为15 V。通常为了抗干扰应在模拟地之间连接2只并联的1μF的旁路电容。
GND：接地。
AGND：模拟地。
VDD：数字电源，范围为2.7 V～5.5 V。
RFLAG：RESET标志引脚。复位或清零时，该引脚输出低电平；更新命令结束时，该引脚为高电平。
REFG1：DAC的A和B，高阻抗输入，用于抑制噪声。
REFG2：DAC的C和D，高阻抗输入，用于抑制噪声。
REF1：DAC的A和B关联输入。
REF2：DAC的C和D关联输入。
REFM1：转换Amp输出，用于DAC A和DAC B。
REFM2：转换Amp输出，用于DAC C和DAC D。
VOSA、VOSB、VOSC、VOSD：分别为A、B、C、D4个DAC的偏移量调节端。输出范围为±5 V。
C1A、C1B、C1C、C1D：分别为A、B、C、D 4个DAC的反馈电容连接端。该引脚为输出放大器的负反馈输入直接提供输入端口。
RFBA、RFBB、RFBC、RFBD：分别为A、B、C、D 4个DAC的输出反馈电阻引脚。
OUTA、OUTB、OUTC、OUTD：分别为A、B、C、D4个DAC的输出引脚。
AGNDA、AGNDB、AGNDC、AGNDD：分别为A、B、C、D 4个DAC的信号地。

2.2 LTC2704-16的内部结构

图2为LTC2704-16的内部结构图。LTC2704-16共有4个DAC，每个DAC都是独立的，并都有独立的偏移量调节引脚与相应的信号地为AGNDA、AGNDB、AGNDC和AGNDD。LTC2704-16把这4个DAC分为两组，DAC A和DAC B为一组，DAC C和DAC D为一组。每一组共用一只转换放大器。每个DAC都有一个接地端，DAC A和DAC B共用REF1，DAC C和DAC D共用REF2。

2.3 LTC2704-16的工作方式

2.3.1复位与清零

当LTC2704-16上电时，所有的DAC都在5 V模式下，所有的内部DAC寄存器都被置0且DAC的输出全部为0 V。当CLR置低时，系统清零。指令和地址寄存器、数据码和B2缓冲寄存器全置0，DAC输出全置0。而B1缓冲寄存器保留，可使DAC恢复到原来状态。如果CLR在操作中已被声明，则不能保证B1缓冲寄存器的完整性，其内容应采用回读方式校对或取代。

2.3.2休眠模式

当LTC2704-16在休眠模式下，DAC则进入休眠模式。当DAC A和DAC B其中一个处于休眠状态时，而它们共用的转换放大器仍处于工作状态。只有当DAC A和DAC B都处于休眠状态时，共用的转换放大器才处于休眠状态。通过SRO引脚为DAC分配地址和读取DAC状态。第5个LSB位为休眠状态位。

2.3.3串口通讯

当CS／LD为低电平时，SDI引脚的数据在上升沿被装入移位寄存器。LTC2704的最小装载序列为24位：4位指令、4位地址和16位的数据。如果输入序列为32位，前8位必须为零，后面与24位的序列相同。

当CS／LD为低电平时，串行回读输出引脚(SRO)处于开放状态。数据在指令(C3～C0)和地址(A3～A0)之后移入SDI。对于24位的装载序列，16位的数据在第8个至第23个时钟下降沿被移出，控制器在第9个至第24个时钟上升沿将其移入。

当CS／LD为高电平时，SRO引脚处于高阻状态，CS／LD为低电平时，开始装载数据时，SRO输出低电平直到开始回读数据为止。

当异步装载引脚LDAC为低电平时，所有DAC更新数据(数据从缓冲寄存器B1拷贝到B2)，CS／LD在操作中必须为高电平。

2.3.4回读功能

每个DAC有两对双缓冲数字寄存器，一对用于DAC码，一对用于输出span。每一个双缓冲寄存器包含B1和B2两个寄存器。B1是保持寄存器，当数据通过读操作被移入B1时，DAC输出不受影响。B2只能通过拷贝Bl的内容才能改变，B2的内容直接控制DAC输出电压和输出范同。

另外，每个DAC都有一个回读寄存器，当DAC接收到回读命令时，4个寄存器中的一个被拷贝到回读寄存器中，然后移位传输到SRO引脚。在任何读或更新指令的16位数据中，SRO都会移出命令指定的寄存器内容。这种循环回读模式可用于减少操作次数。

当设定了DAC的span后，span位是最后4个被移入；当通过SRO校对DAC的span位时，span位最后被移出。当span被回读时，输出DAC的休眠状态。

3 LTC2704-16的应用

图3所示为DSP与LTC2704-16的接口电路。DSP采用SPI方式控制DAC，FSX0与LDAC相连，帧同步信号控制LTC2704-16的4个DAC。当FSX0为低电平时，所有DAC更新。采用3个通用I／O端口(GPIO0、GPIO6、GPIO7)分别控制CS／LD、CLR和RFLAG，并都要连接上拉电阻。其中，RFLAG为标志引脚，当RFLAG为低电平时，D13发光。DAC的时钟信号也由DSP的CLKX0引脚提供。

无论是输入还是输出，均在CS／LD为低电平时产生。一般输入或输出序列都采用24位格式。在序列中前4位为指令，然后是4位DAC地址，最后是16位的数据。4位的DAC地址指定由哪个DAC完成指令和处理16位的数据，也可以同时选取所有DAC，同时处理相同的指令与数据。CS／LD为高电平时，SRO处于高阻状态，此时，可更新DAC。DAC的输出范同和输出电压是由B2寄存器决定，由于B2寄存器只能通过拷贝B1的内容才能改变，因此，更新时CS／LD必须为低电平，同时RFLAG变为低电平。当执行清零和复位命令时，除B1以外的所有寄存器全部清零，清零或复位后，DAC从B1寄存器读回原有状态。

LTC2704-16采用串口通信方式，与其他的同类器件相比，无需占用更多引脚就可实现并行数据传输，节省资源。LXC2704-16最大特点是自动校准，每个通道都是独立的，并带有反馈功能，可使数据输出更加精确，抗干扰性更强。同读功能可有效地减少操作次数，节约了CPU资源。

4 结束语

LTC2704-16是一款高集成度D／A转换器，与采用多路DAC输出并分别放大的同类器件相比，设计和布局简单。这款D／A转换器功能强大、结构简单，可广泛应用于工业设备和各种仪器的设计中。