深入解析 LTC2411/LTC2411 - 1 24 位無延遲 ?Σ ADC

在電子設計領域，高精度的模擬 - 數(shù)字轉換器（ADC）是實現(xiàn)精確數(shù)據(jù)采集的關鍵組件。LTC2411/LTC2411 - 1 作為 Linear Technology 公司推出的 24 位無延遲 ?Σ ADC，憑借其卓越的性能和靈活的特性，在眾多應用場景中得到了廣泛應用。今天，我們就來深入探討一下這款 ADC 的特點、性能以及應用。

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一、器件概述

LTC2411/LTC2411 - 1 是一款工作電壓范圍在 2.7V 至 5.5V 的微功耗 24 位差分 ?Σ 模數(shù)轉換器。它集成了振蕩器，具有 2ppm 的積分非線性（INL）和 0.29ppm 的均方根（RMS）噪聲。采用 delta - sigma 技術，為多路復用應用提供單周期穩(wěn)定時間。

主要特性

1. 高精度：24 位分辨率，無丟失碼，2ppm INL，4ppm 滿量程誤差和 1ppm 偏移，確保了高精度的數(shù)據(jù)轉換。
2. 低功耗：轉換模式下僅 200μA 電流，自動睡眠模式下僅 4μA 電流，適合低功耗應用。
3. 靈活的參考電壓：可接受 0.1V 至 (V_{CC}) 的外部差分參考電壓，支持靈活的比例測量和遠程傳感配置。
4. 出色的抗干擾能力：LTC2411 可在 50Hz 或 60Hz ±2% 實現(xiàn)優(yōu)于 110dB 的差模抑制；LTC2411 - 1 在 49Hz 至 61.2Hz 范圍內提供優(yōu)于 87dB 的輸入差模抑制。
5. 無延遲：數(shù)字濾波器單周期穩(wěn)定，每次轉換都準確，即使在輸入階躍后也是如此。
6. 簡單易用：通過兼容 SPI 和 MICROWIRE 協(xié)議的 3 線數(shù)字接口進行通信，操作方便。

二、性能參數(shù)分析

電氣特性

1. 分辨率：在 0.1V ≤ (V{REF}) ≤ (V{CC})，–0.5 ? (V{REF}) ≤ (V{IN}) ≤ 0.5 ? (V_{REF}) 條件下，分辨率為 24 位，保證了高精度的數(shù)據(jù)轉換。
2. 積分非線性（INL）：在不同的電源電壓和參考電壓條件下，INL 表現(xiàn)出色，如在 4.5V ≤ (V{CC}) ≤ 5.5V，(REF^+) = 2.5V，(REF^-) = GND，(V{INCM}) = 1.25V 時，INL 為 14ppm (V_{REF})。
3. 偏移誤差：偏移誤差較小，典型值為 2μV，且偏移誤差漂移也較小，為 20nV/°C，保證了數(shù)據(jù)的準確性。
4. 噪聲性能：輸出噪聲在 5V ≤ (V{CC}) ≤ 5.5V，(REF^+) = 5V，(V{REF}^-) = GND，GND ≤ (IN^-) = (IN^+) ≤ 5V 條件下，典型值為 1.45μVRMS。

輸入輸出特性

1. 模擬輸入和參考：模擬輸入為真正的差分輸入，(IN^+) 和 (IN^-) 的絕對/共模電壓范圍為 GND – 0.3V 至 (V{CC}) + 0.3V，輸入差分電壓范圍為 –(V{REF})/2 至 (V{REF})/2。參考電壓范圍為 0.1V 至 (V{CC})，(REF^+) 和 (REF^-) 的絕對/共模電壓也有相應的范圍要求。
2. 數(shù)字輸入和輸出：數(shù)字輸入接受標準 TTL/CMOS 邏輯電平，內部遲滯接收器可容忍慢至 100μs 的邊沿速率。數(shù)字輸出在不同條件下有相應的電壓和電流特性，如高電平輸出電壓、低電平輸出電壓等。

電源要求

電源電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，轉換模式下電源電流為 200μA，睡眠模式下電源電流為 4μA，在 CS = (V{CC}) 且 2.7V ≤ (V{CC}) ≤ 3.3V 時，睡眠模式電流為 2μA。

時序特性

外部振蕩器頻率范圍為 2.56kHz 至 500kHz，不同模式下的轉換時間和數(shù)據(jù)輸出時間也有相應的規(guī)定。例如，在內部振蕩器模式下，LTC2411 在 60Hz 抑制時轉換時間為 133.53ms，LTC2411 - 1 在同時 50Hz/60Hz 抑制時轉換時間為 146.71ms。

三、應用信息

轉換器操作

LTC2411/LTC2411 - 1 的操作由轉換、低功耗睡眠和數(shù)據(jù)輸出三個狀態(tài)組成。轉換完成后進入睡眠狀態(tài)，可降低功耗。當 CS 引腳拉低時，開始輸出轉換結果，數(shù)據(jù)輸出無延遲，與剛完成的轉換對應。

頻率拒絕選擇

LTC2411 可通過 FO 引腳選擇 50Hz 或 60Hz 抑制，也可使用外部轉換時鐘實現(xiàn)不同的拒絕頻率。LTC2411 - 1 內部振蕩器在 49Hz 至 61.2Hz 范圍內提供優(yōu)于 87dB 的正常模式抑制，F(xiàn)O 引腳連接 GND 可實現(xiàn)同時 50Hz/60Hz 抑制。

串行接口時序模式

該 ADC 提供多種串行接口時序模式，包括外部串行時鐘單周期操作、外部串行時鐘 2 線 I/O、內部串行時鐘單周期操作和內部串行時鐘 2 線 I/O 連續(xù)轉換模式。每種模式都有其特點和適用場景，用戶可根據(jù)實際需求選擇。

保持轉換器精度

為了保持轉換器的高精度，需要注意數(shù)字信號電平、輸入和參考的驅動、輸入電流、參考電流、輸出數(shù)據(jù)速率、輸入帶寬以及正常模式抑制和抗混疊等方面。例如，數(shù)字輸入信號應驅動到全 CMOS 電平，以減少電源電流；輸入和參考引腳的源阻抗應根據(jù)采樣周期進行合理選擇，以確保采樣精度。

四、應用案例

橋接應用

在應變計橋接應用中，LTC2411/LTC2411 - 1 可用于精確測量微小信號。由于其高精度和低功耗特性，適合用于稱重系統(tǒng)、傳感器測量等領域。通過合理的電路設計，如使用放大器進行信號放大、采用相關雙采樣技術抑制噪聲等，可以提高測量的準確性和穩(wěn)定性。

遠程半橋接口

對于遠程半橋應用，如 RTD、熱敏電阻等電阻性元件的測量，LTC2411/LTC2411 - 1 可以接受高達 1/2 (V_{REF}) 的輸入，通過合理設置參考電阻和濾波電路，可以消除半橋輸出的非線性，提高測量精度。

五、總結

LTC2411/LTC2411 - 1 24 位無延遲 ?Σ ADC 以其高精度、低功耗、靈活的特性和出色的抗干擾能力，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，通過合理設計電路、注意保持轉換器精度等方面，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集和處理。你在使用 LTC2411/LTC2411 - 1 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。