深入剖析LTC1860/LTC1861：低功耗12位ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的性能和特性對于整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來詳細(xì)探討一下凌力爾特（現(xiàn)ADI）公司的LTC1860/LTC1861這兩款12位ADC，看看它們有哪些獨(dú)特之處，能為工程師們帶來怎樣的設(shè)計(jì)便利。

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1. 產(chǎn)品概述

LTC1860/LTC1861是兩款12位的A/D轉(zhuǎn)換器，提供MSOP和SO - 8兩種封裝形式，并且僅需單一5V電源供電。這兩款A(yù)DC具有高采樣率和低功耗的特點(diǎn)，在250ksps的采樣率下，供電電流僅為850μA，而且在較低采樣速度時(shí)，它們會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式，將供電電流降至極低水平，例如在1ksps時(shí)可低至2μA。

2. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 封裝與通道選擇

• 封裝形式：采用MSOP封裝，體積小巧，適合對空間要求較高的設(shè)計(jì)。
• 通道版本：LTC1860為單通道版本，LTC1861為雙通道版本，工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行靈活選擇。

2.2 低功耗設(shè)計(jì)

• 低供電電流：典型供電電流僅850μA，在低采樣率下還能進(jìn)一步降低功耗，非常適合電池供電的應(yīng)用場景。
• 自動(dòng)關(guān)機(jī)功能：在轉(zhuǎn)換間隙自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，有效延長電池續(xù)航時(shí)間。

2.3 輸入特性

• 真差分輸入：能夠有效抑制共模噪聲，提高信號采集的準(zhǔn)確性。
• 高阻抗模擬輸入：可以直接連接信號源，減少外部增益級的使用，簡化電路設(shè)計(jì)。

2.4 通信接口

SPI/MICROWIRE?兼容的串行I/O接口，方便與ASIC、PLD、MPU、DSP或移位寄存器等進(jìn)行通信，易于集成到各種系統(tǒng)中。

2.5 兼容性與升級

• 可作為LTC1286/LTC1298的高速升級版本。
• 與16位的LTC1864/LTC1865引腳兼容，方便進(jìn)行設(shè)計(jì)升級。

2.6 寬溫度范圍

保證在高達(dá)125°C的溫度下正常工作，適用于各種惡劣環(huán)境。

3. 應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 高速數(shù)據(jù)采集

憑借250ksps的高采樣率，LTC1860/LTC1861能夠快速準(zhǔn)確地采集高速變化的信號，滿足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求。

3.2 便攜式或緊湊型儀器

其低功耗和小巧的封裝形式，使其成為便攜式儀器和緊湊型設(shè)備的理想選擇，有助于延長電池續(xù)航時(shí)間并減小設(shè)備體積。

3.3 低功耗電池供電儀器

自動(dòng)關(guān)機(jī)功能和低供電電流特性，使得這些ADC在電池供電的儀器中表現(xiàn)出色，能夠有效降低功耗，延長電池使用壽命。

3.4 隔離和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

真差分輸入和高抗干擾能力，使其適用于隔離和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

4. 性能參數(shù)

4.1 轉(zhuǎn)換器和多路復(fù)用器特性

• 分辨率：12位，無丟失碼，保證了較高的測量精度。
• 積分非線性（INL）：±1 LSB，確保轉(zhuǎn)換結(jié)果的線性度。
• 增益誤差：±20 mV，保證了增益的準(zhǔn)確性。
• 偏移誤差：根據(jù)不同封裝和型號有所不同，在±2 - ±7 mV之間。

4.2 動(dòng)態(tài)精度

• 信噪比（SNR）：72 dB，能夠有效抑制噪聲，提高信號質(zhì)量。
• 信噪失真比（S/(N + D)）：在100kHz輸入信號時(shí)為71 dB，保證了信號的保真度。
• 總諧波失真（THD）：在100kHz輸入信號時(shí)為 - 77 dB，減少了諧波干擾。

4.3 數(shù)字和直流電氣特性

• 輸入輸出電壓和電流：規(guī)定了不同條件下的高、低電平輸入電壓和電流，確保與其他設(shè)備的兼容性。
• 輸出泄漏電流和源/沉電流：對輸出的泄漏電流和源/沉電流進(jìn)行了明確規(guī)定，保證了輸出的穩(wěn)定性。

4.4 推薦工作條件

• 電源電壓：4.75 - 5.25 V，確保在一定電壓波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作。
• 時(shí)鐘頻率：H級的時(shí)鐘頻率為16.7 - 20 MHz，為數(shù)據(jù)傳輸提供了穩(wěn)定的時(shí)鐘信號。

4.5 時(shí)序特性

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：H級的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.75 - 3.3 μs，保證了快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 最大采樣頻率：H級為250 - 248 kHz，滿足高速采樣的需求。

5. 引腳功能

5.1 LTC1860引腳功能

• VREF：參考輸入，定義A/D轉(zhuǎn)換器的量程，需保持無噪聲。
• IN+、IN -：模擬輸入，需保持無噪聲。
• GND：模擬地，應(yīng)直接連接到模擬地平面。
• CONV：轉(zhuǎn)換輸入，高電平啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后保持高電平可進(jìn)入睡眠模式，低電平使能SDO引腳。
• SDO：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• SCK：移位時(shí)鐘輸入，同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• Vcc：正電源，需通過旁路電容直接連接到模擬地平面，以減少噪聲和紋波。

5.2 LTC1861引腳功能

• CONV：功能與LTC1860相同。
• CH0、CH1：模擬輸入，需保持無噪聲。
• AGND：模擬地，應(yīng)直接連接到模擬地平面。
• DGND：數(shù)字地，應(yīng)直接連接到模擬地平面。
• SDI：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入，用于輸入A/D配置字。
• SDO：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• SCK：移位時(shí)鐘輸入，同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• Vcc：正電源，需通過旁路電容直接連接到模擬地平面。
• VREF：參考輸入，定義A/D轉(zhuǎn)換器的量程，需保持無噪聲。

6. 工作原理與操作

6.1 LTC1860操作

• 操作序列：轉(zhuǎn)換周期從CONV的上升沿開始，轉(zhuǎn)換完成后，若CONV保持高電平，LTC1860進(jìn)入睡眠模式；CONV下降沿使LTC1860進(jìn)入采樣模式，SDO使能，SCK同步數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在SCK下降沿從SDO輸出，接收系統(tǒng)在SCK上升沿捕獲數(shù)據(jù)。
• 模擬輸入：具有單極差分模擬輸入，測量IN + 和IN - 之間的電壓，零碼對應(yīng)IN + - IN - = 0，滿量程對應(yīng)IN + - IN - = VREF - 1LSB。
• 參考輸入：參考輸入電壓定義A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程范圍，可在VCC到1V之間工作。

6.2 LTC1861操作

• 操作序列：轉(zhuǎn)換周期從CONV的上升沿開始，轉(zhuǎn)換完成后，若CONV保持高電平，LTC1861進(jìn)入睡眠模式；CONV下降后，2位數(shù)據(jù)字在SCK上升沿時(shí)鐘輸入到SDI，后續(xù)輸入忽略直到下一個(gè)CONV周期，數(shù)據(jù)在SCK下降沿傳輸，接收系統(tǒng)在SCK上升沿捕獲數(shù)據(jù)。
• 模擬輸入：輸入字的兩位用于配置MUX，選擇測量的通道，測量所選“ + ”和“ - ”通道之間的電壓，零碼和滿量程的定義與LTC1860類似。
• 參考輸入：SO - 8封裝的參考輸入內(nèi)部連接到VCC，量程等于VCC；MSOP封裝的參考輸入電壓定義A/D轉(zhuǎn)換器的量程，可在1V到VCC之間工作。

7. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

7.1 接地

應(yīng)使用模擬地平面和單點(diǎn)接地技術(shù)，避免使用繞線技術(shù)進(jìn)行面包板測試和評估，建議使用印刷電路板，將接地引腳直接連接到模擬地平面，減少引線長度。

7.2 旁路

VCC和VREF引腳必須無噪聲和紋波，可使用至少1μF的鉭電容直接旁路到模擬地平面，并盡量縮短旁路電容的引線長度。

7.3 模擬輸入

由于采用電容重新分配A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，模擬輸入存在電容性開關(guān)輸入電流尖峰。當(dāng)源電阻小于200Ω或使用高速運(yùn)算放大器時(shí)，這些尖峰不會(huì)造成問題；但如果使用大源電阻或慢速運(yùn)算放大器，需確保電流尖峰引起的瞬態(tài)在轉(zhuǎn)換開始前完全穩(wěn)定。

8. 典型應(yīng)用示例

文檔中給出了一個(gè)同時(shí)采樣兩個(gè)通道的典型應(yīng)用電路，通過合理的電路設(shè)計(jì)和元件選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同范圍信號的準(zhǔn)確采集。

9. 相關(guān)產(chǎn)品

文檔還列出了一些相關(guān)的ADC產(chǎn)品，包括不同位數(shù)、采樣率和功耗的產(chǎn)品，為工程師在不同應(yīng)用場景下的選擇提供了參考。

綜上所述，LTC1860/LTC1861憑借其低功耗、高采樣率、真差分輸入等特性，在高速數(shù)據(jù)采集、便攜式儀器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在使用過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路設(shè)計(jì)要求，合理選擇和使用這些ADC，以充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否使用過類似的ADC呢？遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。