LTC1863L/LTC1867L：低功耗多通道ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的精度和可靠性。今天，我們就來(lái)深入了解一下凌力爾特（現(xiàn)ADI）的LTC1863L/LTC1867L，這兩款低功耗、高性能的8通道12/16位ADC。

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產(chǎn)品概述

LTC1863L/LTC1867L是引腳兼容的8通道12/16位A/D轉(zhuǎn)換器，具備串行I/O接口和內(nèi)部參考源。它們采用緊湊的16引腳窄體SSOP封裝，適用于對(duì)空間和功耗要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。這兩款A(yù)DC的采樣率可達(dá)175ksps，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)采集的需求。

產(chǎn)品特點(diǎn)

高性能轉(zhuǎn)換

• 高分辨率：LTC1867L具有16位分辨率，無(wú)失碼，最大積分非線性誤差（INL）為±3LSB，能夠提供精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。LTC1863L則為12位分辨率，同樣能滿足一般精度要求的應(yīng)用。
• 寬輸入范圍：支持單端或差分輸入，以及單極性或雙極性轉(zhuǎn)換模式?？商幚?V至2.5V的單極性輸入或±1.25V的雙極性輸入，適應(yīng)不同的信號(hào)類型。

低功耗設(shè)計(jì)

• 低靜態(tài)電流：在175ksps采樣率下，典型功耗僅為750μA，在50ksps采樣率下，功耗可降至300μA。
• 自動(dòng)休眠模式：具備自動(dòng)Nap和Sleep模式，可在轉(zhuǎn)換間隙降低功耗，適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用，如電池供電系統(tǒng)。

靈活的接口

• SPI/MICROWIRE串行I/O：方便與微控制器或其他數(shù)字設(shè)備進(jìn)行通信，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 8通道多路復(fù)用器：可通過(guò)配置輸入數(shù)據(jù)字選擇不同的通道，支持多種通道組合方式，包括4個(gè)差分通道、8個(gè)單端通道或差分與單端通道的組合。

其他特性

• 真差分輸入：有效抑制共模噪聲，提高信號(hào)的抗干擾能力。
• 內(nèi)部參考源：提供穩(wěn)定的1.25V參考電壓，也可使用外部參考源以獲得更高的精度和更低的漂移。
• AEC-Q100認(rèn)證：適用于汽車應(yīng)用，滿足汽車電子的可靠性要求。

技術(shù)參數(shù)詳解

絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。LTC1863L/LTC1867L的供電電壓范圍為 -0.3V至6V，模擬輸入電壓、數(shù)字輸入電壓和數(shù)字輸出電壓的范圍為 -0.3V至 (VDD + 0.3V)，功率耗散最大為500mW。不同溫度等級(jí)的器件具有不同的工作溫度范圍，如LTC1863LC/LTC1867LC/LTC1867LAC的工作溫度范圍為0°C至70°C，LTC1863LI/LTC1867LI/LTC1867LAI為 -40°C至85°C。

轉(zhuǎn)換器特性

動(dòng)態(tài)精度

在動(dòng)態(tài)性能方面，LTC1863L/LTC1867L表現(xiàn)出色。在3V供電、外部參考電壓為1.25V的條件下，信號(hào) - 噪聲比（SNR）可達(dá)73.1至83.7dB，信號(hào) - （噪聲 + 失真）比（S/(N+D)）為73至83.1dB，總諧波失真（THD）低至 -91.8至 -92.3dB。

模擬輸入特性

模擬輸入電容在轉(zhuǎn)換間隙（采樣模式）為32pF，轉(zhuǎn)換期間（保持模式）為4pF。采樣保持采集時(shí)間典型值為1.68μs，輸入泄漏電流最大為±1μA。

內(nèi)部參考特性

內(nèi)部參考源輸出電壓典型值為1.25V，溫度系數(shù)為±20ppm/°C，線路調(diào)整率為0.3mV/V，輸出電阻為3kΩ。REFCOMP輸出電壓典型值為2.5V。

數(shù)字輸入和輸出特性

數(shù)字輸入高電平電壓（VIH）在VDD = 3.6V時(shí)為1.9V，低電平電壓（VIL）在VDD = 2.7V時(shí)為0.45V。數(shù)字輸入電流最大為±10uA，輸入電容為2pF。數(shù)字輸出高電平電壓（VOH）在不同負(fù)載條件下有所不同，低電平電壓（VOL）最大為0.4V。輸出源電流最大為 -9.7mA，輸出灌電流最大為6mA。

電源要求

供電電壓范圍為2.7V至3.6V，在175ksps采樣率、內(nèi)部參考源的情況下，供電電流典型值為0.75mA，Nap模式下為170μA，Sleep模式下為0.2至3μA。功率耗散在175ksps采樣率下典型值為2mW，最大為2.7mW。

時(shí)序特性

最大采樣頻率為175kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.2至3.7μs，采集時(shí)間為2.01至1.68μs，SCK頻率最大為20MHz。CS/CONV高電平時(shí)間在短脈沖模式下為40至100ns，SDO在不同條件下的有效時(shí)間和保持時(shí)間也有相應(yīng)的規(guī)定。Sleep模式喚醒時(shí)間為80ms，總線釋放時(shí)間為30至50ns。

引腳功能及典型連接

引腳功能

• CH0 - CH7/COM（引腳1 - 8）：模擬輸入引腳，應(yīng)保證輸入信號(hào)無(wú)噪聲。CH7/COM可作為單獨(dú)通道或其他通道的公共負(fù)輸入，未使用的通道應(yīng)接地。
• REFCOMP（引腳9）：參考緩沖輸出引腳，需用10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)接地。若要驅(qū)動(dòng)REFCOMP，可將VREF接地。
• VREF（引腳10）：1.25V參考輸出引腳，也可作為外部參考緩沖輸入以提高精度和漂移性能，需用2.2μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)接地。
• CS/CONV（引腳11）：用于啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換和幀同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• SCK（引腳12）：移位時(shí)鐘，同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• SDO（引腳13）：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，單極性模式下為直二進(jìn)制格式，雙極性模式下為補(bǔ)碼格式。
• SDI（引腳14）：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入，用于輸入A/D配置字。
• GND（引腳15）：模擬和數(shù)字地。
• VDD（引腳16）：模擬和數(shù)字電源，需用10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)接地。上電或VDD低于最低工作電壓時(shí)，需在CS/CONV引腳提供上升沿啟動(dòng)一次虛擬轉(zhuǎn)換，第一次轉(zhuǎn)換結(jié)果可能無(wú)效，應(yīng)忽略。等待至少80ms的Sleep模式喚醒時(shí)間后，再啟動(dòng)第二次轉(zhuǎn)換以獲得有效結(jié)果。

典型連接圖

典型連接圖展示了LTC1863L/LTC1867L與外部電路的連接方式，包括模擬輸入、數(shù)字I/O、參考源等部分。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)。

應(yīng)用信息

工作原理

LTC1863L/LTC1867L的轉(zhuǎn)換過(guò)程由CS/CONV輸入的上升沿啟動(dòng)，一旦轉(zhuǎn)換開始，不能重新啟動(dòng)。在轉(zhuǎn)換間隙，ADC接收通道選擇輸入字并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，同時(shí)采集模擬輸入為下一次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。在采集階段，至少需要2.01μs的時(shí)間讓采樣保持電容采集模擬信號(hào)。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，內(nèi)部16位差分電容DAC輸出從最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB）進(jìn)行排序，輸入信號(hào)與差分電容DAC提供的二進(jìn)制加權(quán)電荷進(jìn)行比較，由低功耗差分比較器做出位決策，最終DAC輸出平衡模擬輸入，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在12/16位輸出鎖存器中。

模擬輸入多路復(fù)用器

模擬輸入多路復(fù)用器由7位輸入數(shù)據(jù)字控制，可實(shí)現(xiàn)多種通道配置，包括4個(gè)差分通道、8個(gè)單端通道或差分與單端通道的組合。通過(guò)改變輸入數(shù)據(jù)字中的SD、OS、S1、S0、COM、UNI和SLP位，可以靈活選擇通道和轉(zhuǎn)換模式。

驅(qū)動(dòng)模擬輸入

LTC1863L/LTC1867L的模擬輸入易于驅(qū)動(dòng)，可作為單端輸入或差分輸入。在采集模式下，輸入僅在充電采樣保持電容時(shí)產(chǎn)生一個(gè)小的電流尖峰，轉(zhuǎn)換模式下僅產(chǎn)生小的泄漏電流。若驅(qū)動(dòng)電路的源阻抗較低，可直接驅(qū)動(dòng)LTC1863L/LTC1867L的輸入；對(duì)于高阻抗源，應(yīng)增加采集時(shí)間。推薦使用的運(yùn)算放大器包括LT1468、LT1469、LT1490A/LT1491A等。

輸入濾波

為了減少輸入放大器和其他電路的噪聲和失真，應(yīng)在模擬輸入前進(jìn)行濾波。簡(jiǎn)單的1 - 極點(diǎn)RC濾波器通常足以滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。例如，使用50Ω源電阻和2000pF電容接地可將輸入帶寬限制在1.6MHz。同時(shí)，應(yīng)選擇高質(zhì)量的電容和電阻，以避免引入額外的失真。

性能分析

• 直流性能：通過(guò)對(duì)ADC輸入直流信號(hào)并收集大量轉(zhuǎn)換結(jié)果，可以測(cè)量與高分辨率ADC相關(guān)的過(guò)渡噪聲。例如，對(duì)LTC1867L輸入直流信號(hào)進(jìn)行4096次數(shù)字化轉(zhuǎn)換，輸出代碼的分布呈高斯分布，RMS代碼過(guò)渡噪聲約為1.6LSB。
• 動(dòng)態(tài)性能：采用FFT測(cè)試技術(shù)可以測(cè)試ADC在額定吞吐量下的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。信號(hào) - 噪聲和失真比（SINAD）是衡量ADC動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)，在不同供電電壓和輸入條件下，LTC1867L的SINAD可達(dá)81.4至83.5dB?？傊C波失真（THD）是輸入信號(hào)所有諧波的RMS和與基波本身的比值，LTC1867L的THD低至 -91.8至 -92.3dB。

內(nèi)部參考

LTC1863L和LTC1867L具有片上溫度補(bǔ)償、曲率校正的帶隙參考源，工廠校準(zhǔn)為1.25V。該參考源通過(guò)參考放大器將VREF電壓放大2倍至2.5V輸出到REFCOMP引腳。REFCOMP引腳需用10μF陶瓷或鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)旁路，以獲得最佳噪聲性能。若需要更好的漂移和/或精度，可使用外部參考源驅(qū)動(dòng)VREF引腳。

數(shù)字接口

LTC1863L和LTC1867L的數(shù)字接口非常簡(jiǎn)單，由CS/CONV控制輸入使能。CS/CONV輸入的邏輯上升沿將啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，將CS/CONV置低可使能串行端口，ADC將以補(bǔ)碼格式（雙極性模式）或直二進(jìn)制格式（單極性模式）通過(guò)SCK/SDO串行端口輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

內(nèi)部時(shí)鐘

內(nèi)部時(shí)鐘經(jīng)過(guò)工廠校準(zhǔn)，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.2μs，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.7μs。典型采集時(shí)間為1.68μs，測(cè)試并保證的吞吐量采樣率為175ksps。

自動(dòng)Nap模式

轉(zhuǎn)換完成后，若CS/CONV保持高電平，LTC1863L/LTC1867L將進(jìn)入自動(dòng)Nap模式。在自動(dòng)Nap模式下，ADC僅保持VREF和REFCOMP電壓激活，典型工作電流為750μA，轉(zhuǎn)換間隙的自動(dòng)Nap模式電流為170μA，隨著采樣率的降低，功耗也會(huì)相應(yīng)降低。

Sleep模式

若在輸入字中選擇SLP = 1，ADC將進(jìn)入Sleep模式，僅消耗泄漏電流（前提是所有數(shù)字輸入保持在GND或VDD）。從Sleep模式釋放后，ADC需要80ms的時(shí)間喚醒（對(duì)VREF/REFCOMP引腳的2.2μF/10μF旁路電容充電）。

電路板布局和旁路

為了獲得最佳性能，需要使用帶有接地平面的印刷電路板。布局時(shí)應(yīng)盡量分離數(shù)字和模擬信號(hào)線，避免數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)并行。所有模擬輸入應(yīng)接地屏蔽，VREF、REFCOMP和VDD應(yīng)盡可能靠近引腳接地旁路，旁路電容的公共返回路徑應(yīng)具有低阻抗，以確保ADC的低噪聲運(yùn)行。

時(shí)序和控制

轉(zhuǎn)換開始由CS/CONV數(shù)字輸入控制，CS/CONV的上升沿將啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，一旦啟動(dòng)，直到轉(zhuǎn)換完成才能重新啟動(dòng)。有兩種CS/CONV脈沖模式，一種是轉(zhuǎn)換后CS/CONV保持高電平，ADC進(jìn)入自動(dòng)Nap模式，可降低采樣率下的功耗；另一種是轉(zhuǎn)換結(jié)束前CS/CONV返回低電平，ADC保持上電狀態(tài)。為了獲得最佳性能，建議在采集和轉(zhuǎn)換期間保持SCK、SDI和SDO為恒定的邏輯高或低，總線與其他設(shè)備的通信不應(yīng)與轉(zhuǎn)換周期（tCONV）重疊。

總結(jié)

LTC1863L/LTC1867L以其高性能、低功耗和靈活的接口，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的ADC解決方案。無(wú)論是工業(yè)過(guò)程控制、高速數(shù)據(jù)采集、電池供電系統(tǒng)還是成像系統(tǒng)，LTC1863L/LTC1867L都能滿足需求。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，合理選擇器件、設(shè)計(jì)電路和優(yōu)化布局，以充分發(fā)揮LTC1863L/LTC1867L的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用LTC1863L/LTC1867L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)和見解。