LTC1863L/LTC1867L：低功耗多通道ADC的卓越之選

在電子設計領域，模數(shù)轉換器（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系統(tǒng)的精度和可靠性。今天，我們就來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，適用于對空間和功耗要求較高的應用場景。這兩款ADC的采樣率可達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

高性能轉換

• 高分辨率：LTC1867L具有16位分辨率，無失碼，最大積分非線性誤差（INL）為±3LSB，能夠提供精確的轉換結果。LTC1863L則為12位分辨率，同樣能滿足一般精度要求的應用。
• 寬輸入范圍：支持單端或差分輸入，以及單極性或雙極性轉換模式。可處理0V至2.5V的單極性輸入或±1.25V的雙極性輸入，適應不同的信號類型。

低功耗設計

• 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。
• 自動休眠模式：具備自動Nap和Sleep模式，可在轉換間隙降低功耗，適用于對功耗敏感的應用，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)字設備進行通信，簡化了系統(tǒng)設計。
• 8通道多路復用器：可通過配置輸入數(shù)據(jù)字選擇不同的通道，支持多種通道組合方式，包括4個差分通道、8個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認證：適用于汽車應用，滿足汽車電子的可靠性要求。

技術參數(shù)詳解

絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護器件至關重要。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。

轉換器特性

動態(tài)精度

在動態(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 - 噪聲比（SNR）可達73.1至83.7dB，信號 - （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

模擬輸入電容在轉換間隙（采樣模式）為32pF，轉換期間（保持模式）為4pF。采樣保持采集時間典型值為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時為1.9V，低電平電壓（VIL）在VDD = 2.7V時為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。

時序特性

最大采樣頻率為175kHz，轉換時間為3.2至3.7μs，采集時間為2.01至1.68μs，SCK頻率最大為20MHz。CS/CONV高電平時間在短脈沖模式下為40至100ns，SDO在不同條件下的有效時間和保持時間也有相應的規(guī)定。Sleep模式喚醒時間為80ms，總線釋放時間為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，應保證輸入信號無噪聲。CH7/COM可作為單獨通道或其他通道的公共負輸入，未使用的通道應接地。
• 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。若要驅動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ADC轉換和幀同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• SCK（引腳12）：移位時鐘，同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• SDO（引腳13）：數(shù)字數(shù)據(jù)輸出，單極性模式下為直二進制格式，雙極性模式下為補碼格式。
• SDI（引腳14）：數(shù)字數(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，需在CS/CONV引腳提供上升沿啟動一次虛擬轉換，第一次轉換結果可能無效，應忽略。等待至少80ms的Sleep模式喚醒時間后，再啟動第二次轉換以獲得有效結果。

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。在實際應用中，應根據(jù)具體需求進行合理的電路設計。

應用信息

工作原理

LTC1863L/LTC1867L的轉換過程由CS/CONV輸入的上升沿啟動，一旦轉換開始，不能重新啟動。在轉換間隙，ADC接收通道選擇輸入字并輸出轉換結果，同時采集模擬輸入為下一次轉換做準備。在采集階段，至少需要2.01μs的時間讓采樣保持電容采集模擬信號。轉換過程中，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）進行排序，輸入信號與差分電容DAC提供的二進制加權電荷進行比較，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，轉換結果存儲在12/16位輸出鎖存器中。

模擬輸入多路復用器

模擬輸入多路復用器由7位輸入數(shù)據(jù)字控制，可實現(xiàn)多種通道配置，包括4個差分通道、8個單端通道或差分與單端通道的組合。通過改變輸入數(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換模式。

驅動模擬輸入

LTC1863L/LTC1867L的模擬輸入易于驅動，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產(chǎn)生一個小的電流尖峰，轉換模式下僅產(chǎn)生小的泄漏電流。若驅動電路的源阻抗較低，可直接驅動LTC1863L/LTC1867L的輸入；對于高阻抗源，應增加采集時間。推薦使用的運算放大器包括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，應在模擬輸入前進行濾波。簡單的1 - 極點RC濾波器通常足以滿足大多數(shù)應用需求。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，應選擇高質(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：通過對ADC輸入直流信號并收集大量轉換結果，可以測量與高分辨率ADC相關的過渡噪聲。例如，對LTC1867L輸入直流信號進行4096次數(shù)字化轉換，輸出代碼的分布呈高斯分布，RMS代碼過渡噪聲約為1.6LSB。
• 動態(tài)性能：采用FFT測試技術可以測試ADC在額定吞吐量下的頻率響應、失真和噪聲。信號 - 噪聲和失真比（SINAD）是衡量ADC動態(tài)性能的重要指標，在不同供電電壓和輸入條件下，LTC1867L的SINAD可達81.4至83.5dB?？傊C波失真（THD）是輸入信號所有諧波的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具有片上溫度補償、曲率校正的帶隙參考源，工廠校準為1.25V。該參考源通過參考放大器將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動VREF引腳。

數(shù)字接口

LTC1863L和LTC1867L的數(shù)字接口非常簡單，由CS/CONV控制輸入使能。CS/CONV輸入的邏輯上升沿將啟動轉換，轉換完成后，將CS/CONV置低可使能串行端口，ADC將以補碼格式（雙極性模式）或直二進制格式（單極性模式）通過SCK/SDO串行端口輸出數(shù)字數(shù)據(jù)。

內(nèi)部時鐘

內(nèi)部時鐘經(jīng)過工廠校準，在整個工作溫度范圍內(nèi)，典型轉換時間為3.2μs，最大轉換時間為3.7μs。典型采集時間為1.68μs，測試并保證的吞吐量采樣率為175ksps。

自動Nap模式

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

Sleep模式

若在輸入字中選擇SLP = 1，ADC將進入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的時間喚醒（對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。布局時應盡量分離數(shù)字和模擬信號線，避免數(shù)字信號與模擬信號并行。所有模擬輸入應接地屏蔽，VREF、REFCOMP和VDD應盡可能靠近引腳接地旁路，旁路電容的公共返回路徑應具有低阻抗，以確保ADC的低噪聲運行。

時序和控制

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

總結

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優(yōu)秀的ADC解決方案。無論是工業(yè)過程控制、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。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，合理選擇器件、設計電路和優(yōu)化布局，以充分發(fā)揮LTC1863L/LTC1867L的性能優(yōu)勢。你在使用LTC1863L/LTC1867L的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。