低功耗高速16位SAR ADC——LTC2382 - 16詳解

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。今天要給大家介紹一款由LINEAR TECHNOLOGY推出的高性能16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC——LTC2382 - 16，它在醫(yī)療成像、高速數(shù)據(jù)采集等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品特性

1. 高速與高精度

LTC2382 - 16具有500ksps的吞吐量，能夠快速處理數(shù)據(jù)，滿足高速應(yīng)用的需求。同時(shí)，它保證了16位無丟失碼，最大積分非線性（INL）為±2LSB，在(f_{IN } = 20 kHz)時(shí)典型信噪比（SNR）可達(dá)92dB，為數(shù)據(jù)采集提供了高精度的保障。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

該ADC的功耗極低，在500ksps采樣率下僅消耗6.5mW，而在1ksps時(shí)功耗可低至13μW。這種低功耗特性使得它非常適合用于便攜式或電池供電的設(shè)備中。

3. 寬輸入范圍與靈活接口

它采用2.5V供電，具有±2.5V的全差分輸入范圍，能夠處理較大幅度的模擬信號(hào)。此外，它還支持1.8V - 5V的I/O電壓，擁有SPI兼容的串行I/O接口，并具備菊花鏈模式，方便與其他設(shè)備進(jìn)行連接和擴(kuò)展。

4. 其他特性

內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的設(shè)計(jì)簡化了外部定時(shí)考慮；1.25μs的擴(kuò)展采集時(shí)間允許使用更低功耗的驅(qū)動(dòng)器；保證在125°C環(huán)境下正常工作；提供16引腳MSOP和4mm × 3mm DFN兩種封裝形式，滿足不同的應(yīng)用需求。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

LTC2382 - 16的高性能和低功耗特性使其適用于多種應(yīng)用場景，包括醫(yī)療成像、高速數(shù)據(jù)采集、便攜式或緊湊型儀器、工業(yè)過程控制、低功耗電池供電儀器以及自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）等。

三、產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓（VDD）：最大2.8V
• 電源電壓（OVDD）：最大6V
• 參考輸入（REF）：最大2.8V
• 模擬輸入電壓和數(shù)字輸入/輸出電壓范圍：(GND – 0.3V) 到 (OVDD + 0.3V)
• 功耗：最大500mW
• 不同溫度等級(jí)的工作溫度范圍有所不同，如LTC2382C為0°C到70°C，LTC2382I為 - 40°C到85°C，LTC2382H為 - 40°C到125°C。

2. 參考輸入與數(shù)字輸入輸出

參考電壓（VREF）范圍為2.4V - 2.6V，參考負(fù)載電流最大為495μA。數(shù)字輸入輸出方面，高電平輸入電壓（VIH）最小為0.8 ? OVDD，低電平輸入電壓（VIL）最大為0.2 ? OVDD等。

3. 電源要求

VDD電源電壓范圍為2.375V - 2.625V，OVDD電源電壓范圍為1.71V - 5.25V。在不同采樣率和工作模式下，電源電流和功耗也有所不同，例如在500ksps采樣率下，電源電流為2.6mA，功耗為6.5mW。

4. ADC時(shí)序特性

最大采樣頻率為500ksps，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1 - 1.5μs，采集時(shí)間為1.25μs等，這些時(shí)序參數(shù)對(duì)于保證ADC的正常工作至關(guān)重要。

四、引腳功能與工作原理

1. 引腳功能

• CHAIN（引腳1）：鏈模式選擇引腳，用于切換正常模式和鏈模式。
• VDD（引腳2）：2.5V數(shù)字電源，需用10μF陶瓷電容旁路到地。
• GND（引腳3、6、10和16）：接地引腳。
• IN+、IN - （引腳4、5）：正負(fù)差分模擬輸入。
• REF（引腳7、8）：參考輸入，范圍為2.4V - 2.6V，需用47μF陶瓷電容去耦。
• CNV（引腳9）：轉(zhuǎn)換輸入，上升沿觸發(fā)新的轉(zhuǎn)換。
• BUSY（引腳11）：忙指示，轉(zhuǎn)換開始時(shí)變高，結(jié)束時(shí)變低。
• RDL/SDI（引腳12）：根據(jù)CHAIN引腳狀態(tài)，在正常模式和鏈模式下有不同功能。
• SCK（引腳13）：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入。
• SDO（引腳14）：串行數(shù)據(jù)輸出，以2的補(bǔ)碼格式輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• OVDD（引腳15）：I/O接口數(shù)字電源，范圍為1.71V - 5.25V，需用0.1μF電容旁路到地。
• GND（暴露焊盤引腳17 - DFN封裝專用）：接地，暴露焊盤必須直接焊接到接地平面。

2. 工作原理

當(dāng)CNV引腳出現(xiàn)上升沿時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換階段，16位電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（CDAC）通過逐次逼近算法，將采樣輸入與參考電壓的二進(jìn)制加權(quán)分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，最終輸出近似于采樣模擬輸入的數(shù)字代碼。

五、應(yīng)用信息

1. 輸入驅(qū)動(dòng)電路

對(duì)于低阻抗源，可以直接驅(qū)動(dòng)LTC2382 - 16的高阻抗輸入；對(duì)于高阻抗源，建議使用緩沖放大器，以減少采集期間的建立時(shí)間并優(yōu)化ADC的失真性能。同時(shí)，需要考慮緩沖放大器和信號(hào)源的噪聲和失真，可使用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.makelele.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器來降低噪聲。

2. 單端到差分轉(zhuǎn)換

對(duì)于單端輸入信號(hào)，需要使用單端到差分轉(zhuǎn)換電路。推薦使用LT6350 ADC驅(qū)動(dòng)器，它可以將不同幅度的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為LTC2382 - 16的±2.5V差分輸入范圍。

3. ADC參考

LTC2382 - 16需要外部參考來定義其輸入范圍，推薦使用LTC6652 - 2.5參考，它具有0.05%（最大）的初始精度和5ppm/°C（最大）的溫度系數(shù)。在某些應(yīng)用中，當(dāng)參考的瞬態(tài)響應(yīng)很重要時(shí)，可使用快速建立的LTC6655 - 2.5參考，并在旁路電容和參考輸出之間插入1Ω電阻來改善瞬態(tài)建立時(shí)間。

4. 動(dòng)態(tài)性能

通過快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)測試ADC的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。LTC2382 - 16在500kHz采樣率和20kHz輸入時(shí)，典型的信號(hào) - 噪聲和失真比（SINAD）可達(dá)92dB。

六、總結(jié)

LTC2382 - 16是一款性能卓越的16位SAR ADC，具有高速、高精度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體需求合理選擇輸入驅(qū)動(dòng)電路、參考源等，以充分發(fā)揮其性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似ADC的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。