LTC7106：一款帶PMBus接口的7位電流DAC

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理的精確控制至關(guān)重要。今天，我們來(lái)深入了解一款名為L(zhǎng)TC7106的7位電流DAC，它在電源系統(tǒng)中有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

LTC7106是一款高精度、由PMBus控制的雙向電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器，能夠調(diào)整任何傳統(tǒng) (V{FB}) 參考穩(wěn)壓器的輸出電壓。它可以與絕大多數(shù)電源管理控制器或穩(wěn)壓器配合使用，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字控制。該產(chǎn)品具有±0.8% IDAC正輸出電流精度（全溫度范圍）和±1.5% IDAC負(fù)輸出電流精度（全溫度范圍），輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，IDAC輸出在禁用時(shí)呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，IDAC工作電壓范圍寬（0.4V至2.0V），還具備7位可編程DAC輸出電流用于DC/DC (V{OUT}) 控制，IDAC輸出電流范圍廣（±16μA至±256μA），可編程壓擺率為500ns ~ 3ms每比特，采用10引腳（3mm × 2mm）DFN封裝。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

高精度電流輸出

LTC7106在全溫度范圍內(nèi)能保持較高的電流輸出精度，這對(duì)于對(duì)電源精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景非常關(guān)鍵。無(wú)論是正輸出電流還是負(fù)輸出電流，都能在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出，為電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

PMBus/I2C兼容串行接口

支持PMBus和I2C通信協(xié)議，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制。通過(guò)串行接口，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LTC7106的各種參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)讀取，提高了系統(tǒng)的可配置性和靈活性。

寬輸入電壓范圍和高阻抗輸出

2.5V至5.5V的輸入電壓范圍，使得LTC7106可以適應(yīng)多種電源環(huán)境。而IDAC輸出在禁用時(shí)的高阻抗?fàn)顟B(tài)，能夠有效避免不必要的電流消耗，提高系統(tǒng)的能效。

可編程特性

7位可編程DAC輸出電流為DC/DC (V_{OUT}) 控制提供了多種選擇。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確調(diào)整。同時(shí)，可編程壓擺率功能可以防止D/A輸出電流和DC/DC穩(wěn)壓器輸出電壓的突然變化，保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

三、引腳功能與配置

引腳功能

• (V_{DD}) （引腳3）：輸入電源，需通過(guò)電容（0.1μF至1μF）旁路到GND。
• IDAC（引腳6）：雙向電流DAC輸出。
• EN（引腳7）：芯片使能引腳，當(dāng)EN接地時(shí)，電流DAC輸出處于高阻態(tài)，且不能讓EN浮空。
• SDA（引腳1）：串行總線數(shù)據(jù)輸入和開(kāi)漏輸出，應(yīng)用中需要一個(gè)上拉電阻連接到 (V_{DD}) 。
• SCL（引腳2）：串行總線時(shí)鐘輸入。
• GPO（引腳8）：開(kāi)漏數(shù)字輸出，需要一個(gè)上拉電阻連接到 (V_{DD}) 。
• ALERT（引腳4）：開(kāi)漏數(shù)字輸出，需要一個(gè)上拉電阻連接到 (V_{DD}) 。
• ASEL1/ASEL0（引腳10、9）：串行總線地址選擇輸入，每個(gè)引腳有三種狀態(tài)（ (V_{DD}) 、浮空和GND），這兩個(gè)引腳可提供9個(gè)地址。
• GND（引腳5）：接地。

  引腳配置

  LTC7106采用10引腳（3mm × 2mm）塑料DFN封裝，熱阻參數(shù)為 (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是一個(gè)由PMBus控制的7位D/A轉(zhuǎn)換器電流源。通過(guò)其PMBus接口，它接收一個(gè)7位DAC代碼，并將該值轉(zhuǎn)換為通過(guò)IDAC引腳的雙向模擬輸出電流。通過(guò)將IDAC連接到電壓調(diào)節(jié)器的反饋節(jié)點(diǎn)，IDAC可以根據(jù)以下公式改變調(diào)節(jié)器的輸出電壓： [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}) 是電壓調(diào)節(jié)器的參考電壓， (R{FB 1}) 和 (R_{FB 2}) 是電壓調(diào)節(jié)器的電阻分壓器， (IDAC) 是編程的雙向電流。

芯片使能（EN引腳）

LTC7106由EN引腳激活，其開(kāi)啟/關(guān)閉閾值為1.2V。當(dāng)EN為低電平（<1.2V）時(shí)，IDAC處于高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)，但PMBus接口仍然活躍，用戶可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程并讀取內(nèi)部寄存器的值。當(dāng)EN變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，設(shè)備將執(zhí)行MFR_IOUT_COMMAND、MFR_IOUT_MARGIN_HIGH、MFR_IOUT_MARGIN_LOW等命令。

壓擺率控制

為了防止D/A輸出電流和DC/DC穩(wěn)壓器輸出電壓的突然變化，LTC7106包含一個(gè)內(nèi)部數(shù)字可編程壓擺率控制。壓擺率范圍可以通過(guò)一個(gè)6位寄存器從0.5μs/步編程到3.58ms/步，默認(rèn)值為3.58ms/步。

電流范圍設(shè)置和D/A編程

LTC7106默認(rèn)設(shè)置為1μA LSB的7位雙向電流DAC。MSB決定電流方向，當(dāng)MSB為0時(shí)， (I{DAC}) 為源電流（降低 (V{OUT}) ），當(dāng)MSB為1時(shí)， (I{DAC}) 為吸收電流（增加 (V{OUT}) ）。此外，它還提供高范圍和低范圍選項(xiàng)，通過(guò)數(shù)字接口將LSB值分別改為4μA和0.25μA，以擴(kuò)展輸出電流范圍和可編程輸出電壓范圍。不過(guò)，建議使用標(biāo)稱范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，以獲得最高的精度。

五、PMBus串行接口

接口特性

LTC7106的串行接口是一個(gè)符合PMBus的從設(shè)備，可在10kHz至400kHz的任何頻率下工作。它始終響應(yīng)全局廣播地址0x5A或0x5B（7位）。該串行接口支持PMBus規(guī)范中定義的多種協(xié)議，如發(fā)送命令、寫(xiě)字節(jié)、組命令、讀字節(jié)和讀字等。

通信故障處理

嘗試訪問(wèn)不支持的命令或向支持的命令寫(xiě)入無(wú)效數(shù)據(jù)將導(dǎo)致CML故障。CML位將在STATUS_BYTE命令中設(shè)置，并且ALERT引腳將被拉低。

設(shè)備尋址

LTC7106在PMBus接口上提供四種不同類型的尋址方式，包括全局尋址、設(shè)備尋址、軌尋址和警報(bào)響應(yīng)地址（ARA）。每種尋址方式都有其特定的用途和應(yīng)用場(chǎng)景，需要用戶進(jìn)行合理規(guī)劃，以避免尋址沖突。

故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)

STATUS_BYTE和ALERT引腳為主機(jī)提供LTC7106的故障狀態(tài)信息。同時(shí)，LTC7106實(shí)現(xiàn)了超時(shí)功能，以避免串行接口掛起。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包定時(shí)器在設(shè)備地址寫(xiě)字節(jié)之前的第一個(gè)START事件開(kāi)始，如果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包信息在25ms內(nèi)未完成，LTC7106將使總線三態(tài)并忽略給定的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包。

六、應(yīng)用信息

IDAC精度

LTC7106提供三種 (I_{DAC}) 輸出電流范圍，但只有標(biāo)稱范圍（LSB = ±1μA）經(jīng)過(guò)優(yōu)化，具有最高的精度。因此，建議用戶在設(shè)計(jì)電阻分壓器時(shí)使用IDAC的標(biāo)稱范圍設(shè)置。

(V_{OUT}) 精度

當(dāng) (I{D A C}=0) 時(shí)，定義 (V{OUT 0}=V{REF }left[1+frac{R{FB 1}}{R{FB 2}}right]) 。輸出電壓根據(jù) (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}) 設(shè)置。通過(guò)推導(dǎo)可以得出，當(dāng) (Ratio <0) 或 (Ratio ≥2) 時(shí)， (V{OUT}) 誤差可以從 (IDAC) 誤差中得到衰減。在高裕度情況下， (I{DAC}<0) ， (Ratio < 0) ， (V{OUT}) 誤差總是小于 (IDAC) 誤差；在低裕度情況下， (I{DAC }>0) ，只有當(dāng) (Ratio =frac{V{OUT 0}}{I{D A C} cdot R{F B 1}}>2) 時(shí)， (V_{OUT}) 誤差才會(huì)被衰減。

設(shè)計(jì)實(shí)例

• 案例一：控制LTC7150S降壓穩(wěn)壓器 假設(shè)LTC7150S提供1.5V輸出，需要將 (V{OUT}) 從1.5V降至1.0V。 (V{FB}) 為0.6V，電壓分壓器為外部元件。為了實(shí)現(xiàn)LTC7106的最佳精度，選擇 (R{TOP}=10 k Omega) 和 (R{BOT}=6.65 k Omega) ，則 (I_{D A C}=(1.5 ~V-1.0 ~V) / 10 k Omega=+50 mu A) 。選擇MFRCONTROL ([6: 5]=00) （范圍 = 標(biāo)稱）將 (I{DAC}) LSB設(shè)置為1μA，通過(guò)查找表2，選擇DAC ([6: 0]=0110010) 來(lái)設(shè)置 (I{D A C}=+50 mu A) ，從而將 (V{OUT}) 從1.5V降至1.0V。
• 案例二：控制LTM4636 μModule LTM4636提供1.2V輸出，需要將 (V{OUT}) 從1.2V提高到2.0V。 (V{FB}) 為0.6V，頂部電壓分壓器為內(nèi)部元件（ (R{TOP}=4.99 k Omega) ），因此 (R{BOT}) 固定為4.99kΩ。則 (I_{D A C}=(1.2 ~V-2.0 ~V) / 4.99 k Omega=-160 mu A) 。選擇MFRCONTROL ([6: 5]=10) （范圍 = 高）將 (I{DAC}) LSB設(shè)置為4μA，從表3中選擇 (DAC[6: 0]=1011000) 來(lái)設(shè)置 (I{D A C}=-160 mu A) ，從而將 (V{OUT}) 從1.2V提高到2.0V。
• 案例三：控制LTC3784升壓控制器 LTC3784提供2相28V/10A輸出，需要將 (V{OUT}) 從28V控制到18V。 (V{FB}) 為1.2V，電壓分壓器為外部元件。基于與案例一相同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇 (R{TOP}=200 k Omega) 和 (R{BOT}=8.97 k Omega) ，則 (I_{DAC}=(28 ~V-18 ~V) / 200 k Omega=+50 mu A) 。選擇MFRCONTROL ([6: 5]=00) （范圍 = 標(biāo)稱）將 (I{DAC}) LSB設(shè)置為1μA，通過(guò)查找表2，選擇 (DAC[6: 0]=0001110) 來(lái)設(shè)置 (I{D A C}=+50 mu A) ，從而將 (V{OUT}) 從28V降至18V。

七、總結(jié)

LTC7106是一款功能強(qiáng)大、性能出色的7位電流DAC，具有高精度、寬輸入電壓范圍、可編程特性等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)PMBus接口，它可以方便地與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)輸出電壓的精確調(diào)整。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)具體需求選擇合適的電流范圍和參數(shù)設(shè)置，以獲得最佳的性能和精度。同時(shí)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，LTC7106可以與多種電源管理控制器或穩(wěn)壓器配合使用，為各種電源系統(tǒng)提供可靠的解決方案。你在使用LTC7106的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。