LTC2373 - 18：高性能18位SAR ADC的深度剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討的是Linear Technology公司的LTC2373 - 18，一款具備卓越性能的18位、1Msps、8通道逐次逼近寄存器（SAR）ADC。

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一、產(chǎn)品概述

LTC2373 - 18是一款低噪聲、高速且高度可配置的ADC。它擁有低串?dāng)_的8通道輸入多路復(fù)用器（MUX）和高性能的18位精確ADC核心，能夠處理全差分、偽差分單極性和偽差分雙極性輸入信號(hào)。其靈活的輸入范圍設(shè)置和可選擇的數(shù)字增益壓縮（DGC）功能，使其在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中都能發(fā)揮出色的性能。

二、關(guān)鍵特性

2.1 高性能指標(biāo)

• 高分辨率與無失碼：具備18位分辨率，且無失碼現(xiàn)象，確保了高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 高采樣率：高達(dá)1Msps的吞吐量，能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
• 低噪聲與高動(dòng)態(tài)性能：典型的100dB SNR（全差分）和 - 110dB THD（在(f_{IN}=1kHz)時(shí)），保證了信號(hào)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。

2.2 靈活的輸入配置

• 多通道選擇：8通道多路復(fù)用器，可選擇不同的輸入范圍，包括全差分（±4.096V）、偽差分單極性（0V to 4.096V）和偽差分雙極性（±2.048V）。
• 可編程序列器：能夠存儲(chǔ)多達(dá)16個(gè)7位控制字，實(shí)現(xiàn)靈活的通道配置和輸入范圍選擇。

2.3 低功耗設(shè)計(jì)

• 自動(dòng)休眠模式：轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，降低功耗，且功耗隨采樣率降低而降低。
• 睡眠模式：進(jìn)一步降低功耗至300μW，適用于對(duì)功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

2.4 其他特性

• SPI兼容串行接口：支持1.8V、2.5V、3.3V和5V邏輯，方便與各種數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行通信。
• 片上參考與緩沖：內(nèi)置低漂移（20ppm/°C max）的2.048V溫度補(bǔ)償參考和單觸發(fā)能力的參考緩沖。

三、電氣特性詳解

3.1 輸入特性

• 輸入范圍：不同輸入模式下，輸入范圍有所不同。全差分模式下，(ADCIN^{+})和(ADCIN^{-})可在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)之間擺動(dòng)；偽差分單極性模式下，(ADCIN^{+})在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)，(ADCIN^{-})在(GND ± 0.1V)；偽差分雙極性模式下，(ADCIN^{+})在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)，(ADCIN^{-})在(VREFBUF/2 ± 0.1V)。
• 輸入電容與泄漏電流：模擬輸入電容在采樣模式下為75pF，保持模式下為5pF；模擬輸入泄漏電流在 - 1μA到1μA之間。

3.2 轉(zhuǎn)換特性

• 分辨率與線性度：18位分辨率，積分非線性（INL）最大為±2.75LSB，差分非線性（DNL）在 - 0.9LSB到0.9LSB之間。
• 零刻度誤差與滿刻度誤差：不同輸入模式下，零刻度誤差和滿刻度誤差有所不同，且會(huì)隨溫度變化而產(chǎn)生一定的漂移。

3.3 動(dòng)態(tài)特性

• 信號(hào) - 噪聲與失真比（SINAD）：全差分模式下，典型的SINAD為100dB（在1MHz采樣率和1kHz輸入時(shí)）。
• 信號(hào) - 噪聲比（SNR）：全差分模式下，典型的SNR為100dB（在1MHz采樣率和1kHz輸入時(shí)）。
• 總諧波失真（THD）：全差分模式下，典型的THD為 - 114dB（在1MHz采樣率和1kHz輸入時(shí)）。

3.4 參考特性

• 內(nèi)部參考輸出電壓：內(nèi)部參考輸出電壓為2.048V，溫度系數(shù)最大為20ppm/°C。
• 參考緩沖輸出電壓：參考緩沖輸出電壓為4.096V，輸入電壓范圍為2.5V到5V。

四、應(yīng)用信息

4.1 模擬輸入配置

• 全差分輸入范圍：提供最寬的輸入信號(hào)擺幅，適用于需要高精度和抗共模干擾的應(yīng)用。
• 偽差分單極性輸入范圍：適用于單端單極性輸入信號(hào)的測(cè)量。
• 偽差分雙極性輸入范圍：適用于單端雙極性輸入信號(hào)的測(cè)量。

4.2 輸入驅(qū)動(dòng)電路

• 緩沖放大器的使用：為了獲得最佳性能，建議使用緩沖放大器來驅(qū)動(dòng)MUX模擬輸入，以減少噪聲和失真，并提高ADC的線性度。
• 濾波器的選擇：在緩沖放大器的輸入和輸出端使用合適的濾波器，以減少噪聲和采樣瞬變。

4.3 參考配置

• 內(nèi)部參考與緩沖：使用內(nèi)部參考和參考緩沖，方便簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)應(yīng)用。
• 外部參考驅(qū)動(dòng)：當(dāng)需要更高的精度和更低的漂移時(shí)，可以使用外部參考來驅(qū)動(dòng)REFIN或REFBUF。

4.4 電源與功耗

• 電源供應(yīng)：提供5V電源（(V_{DD})）和數(shù)字輸入/輸出接口電源（OVDD），OVDD范圍為1.71V到5.25V。
• 功耗管理：通過自動(dòng)休眠模式和睡眠模式，有效降低功耗，適用于對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。

4.5 數(shù)字接口與配置

• 串行接口：通過SPI兼容的串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和配置，支持不同的邏輯電平。
• 配置控制字：通過7位控制字來配置ADC的工作模式、輸入范圍和數(shù)字增益壓縮等功能。
• 序列器編程：使用序列器可以存儲(chǔ)多個(gè)配置字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)采樣。

五、典型應(yīng)用電路

5.1 單端轉(zhuǎn)差分轉(zhuǎn)換

使用LT6350 ADC驅(qū)動(dòng)器將單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為全差分信號(hào)，以提高SNR。

5.2 多通道單端輸入

使用LT6237在MUXOUT和ADCIN之間進(jìn)行單端到差分的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)8個(gè)單端輸入的全差分轉(zhuǎn)換。

5.3 單電源操作

使用數(shù)字增益壓縮（DGC）功能，結(jié)合LTC6362差分驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)單電源供電，降低系統(tǒng)功耗。

六、總結(jié)

LTC2373 - 18是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的ADC，適用于可編程邏輯控制器、工業(yè)過程控制、高速數(shù)據(jù)采集、便攜式或緊湊型儀器儀表等眾多應(yīng)用場(chǎng)景。其靈活的輸入配置、低功耗設(shè)計(jì)和高性能指標(biāo)，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的輸入范圍、驅(qū)動(dòng)電路和參考配置，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，合理的PCB布局和電源管理也是確保其性能穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。你在使用LTC2373 - 18的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。