LTC2348-18：高性能18位8通道同時(shí)采樣ADC的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬信號(hào)數(shù)字化是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）則是實(shí)現(xiàn)這一過程的核心器件。今天我們要深入探討的是Linear Technology公司的LTC2348-18，一款18位、低噪聲、8通道同時(shí)采樣的逐次逼近寄存器（SAR）ADC，它在眾多高電壓、寬動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

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1. 產(chǎn)品概述

LTC2348-18具備諸多令人矚目的特性，使其在同類產(chǎn)品中脫穎而出。它擁有每通道200ksps的吞吐量，能夠同時(shí)對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行采樣，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率。其積分非線性（INL）最大為±3LSB（在±10.24V范圍），保證了18位無失碼，為高精度的數(shù)據(jù)采集提供了堅(jiān)實(shí)的保障。此外，該ADC的輸入為差分、寬共模范圍，支持多種每通道軟量程（SoftSpan）輸入范圍，如±12.5V、0V到12.5V等，靈活性極高。它還具有96.7dB的單轉(zhuǎn)換信噪比（典型值）、-109dB的總諧波失真（典型值，(f{IN}=2kHz)）以及118dB的共模抑制比（典型值，(f{IN}=200Hz)），能夠有效抑制噪聲和干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。

2. 技術(shù)參數(shù)詳解

2.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。LTC2348-18的電源電壓、輸入電壓等都有明確的限制范圍。例如，電源電壓(V{CC})范圍為0V到38V，(V{EE})范圍為 - 16.5V到0V，電源電壓差((V{CC}-V{EE}))范圍為10V到38V等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，避免器件因過壓等情況而損壞。

2.2 電氣特性

輸入特性

• 輸入范圍：模擬輸入電壓(V{IN+})和(V{IN -})的絕對(duì)輸入范圍為(V{EE})到(V{CC}-4V)，輸入差分電壓范圍根據(jù)不同的軟量程配置有所不同。
• 共模電壓范圍：輸入共模電壓范圍為(V{EE})到(V{CC}-4V)，這使得ADC能夠適應(yīng)各種不同的信號(hào)環(huán)境。
• 輸入電容和泄漏電流：模擬輸入電容在采樣模式下為50pF，保持模式下為10pF，輸入泄漏電流在 - 1μA到1μA之間。

轉(zhuǎn)換器特性

• 分辨率和線性度：分辨率為18位，無失碼，積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）在不同軟量程范圍內(nèi)有相應(yīng)的指標(biāo)要求。例如，在±10.24V和±10V范圍內(nèi)，INL最大為±3LSB。
• 誤差指標(biāo)：零刻度誤差（ZSE）最大為±550μV，滿刻度誤差（FSE）最大為±0.1%FS，并且這些誤差都有相應(yīng)的溫度漂移指標(biāo)。

動(dòng)態(tài)精度

• 信噪比（SNR）和無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：在不同的軟量程范圍內(nèi)，SNR和SFDR表現(xiàn)出色。例如，在±10.24V和±10V范圍內(nèi)，典型SNR為96.7dB，SFDR為110dB。
• 通道間串?dāng)_：在±10.24V范圍內(nèi)，一個(gè)通道轉(zhuǎn)換18V P - P 200Hz正弦波時(shí)，對(duì)其他通道的串?dāng)_為 - 109dB。

2.3 內(nèi)部參考和緩沖器特性

內(nèi)部參考輸出電壓(V{REFIN})典型值為2.048V，溫度系數(shù)最大為20ppm/°C，輸出阻抗為20kΩ。參考緩沖器輸出電壓(V{REFBUF})典型值為4.096V，輸入阻抗為13kΩ，負(fù)載電流根據(jù)不同的工作模式有所不同。

2.4 數(shù)字輸入和輸出特性

CMOS和LVDS數(shù)字輸入輸出都有相應(yīng)的電壓、電流和電容指標(biāo)。例如，CMOS數(shù)字輸入高電平電壓(V{IH})為0.8 ? (OV{DD})，低電平電壓(V{IL})為0.2 ? (OV{DD})等。

2.5 電源要求

LTC2348-18需要多個(gè)電源，包括(V{CC})、(V{EE})、(V{DD})和(OV{DD})。不同工作模式下的電源電流和功耗也有所不同。例如，在200ksps采樣率、8通道啟用的采集模式下，典型功耗為140mW。

2.6 ADC時(shí)序特性

• 采樣頻率：根據(jù)啟用的通道數(shù)量不同，最大采樣頻率有所變化。例如，8通道啟用時(shí)為200ksps，1通道啟用時(shí)為1000ksps。
• 轉(zhuǎn)換時(shí)間和采集時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間(t{CONV})與啟用的通道數(shù)量N有關(guān)，為450?N到550?N ns；采集時(shí)間(t{ACQ})也會(huì)根據(jù)采樣頻率和通道數(shù)量的不同而變化。

3. 引腳功能和配置

3.1 引腳功能

LTC2348-18的引腳功能豐富多樣，每個(gè)引腳都有其特定的作用。例如，(IN0+)到(IN7+)和(IN0 - )到(IN7 - )為模擬輸入引腳，用于輸入差分信號(hào)；(GND)為接地引腳，需要將所有GND引腳焊接到一個(gè)堅(jiān)實(shí)的接地平面；(V{CC})為正高壓電源，(V{EE})為負(fù)高壓電源等。

3.2 配置表

通過軟量程配置表和參考配置表，可以根據(jù)需要選擇不同的軟量程代碼和參考配置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)范圍的靈活配置。例如，使用內(nèi)部參考和內(nèi)部緩沖器時(shí)，軟量程7對(duì)應(yīng)±10.24V的模擬輸入范圍。

4. 應(yīng)用信息

4.1 轉(zhuǎn)換器操作

LTC2348-18的操作分為采集和轉(zhuǎn)換兩個(gè)階段。在采集階段，采樣電容跟蹤輸入信號(hào)；在轉(zhuǎn)換階段，通過逐次逼近算法將采樣的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

4.2 模擬輸入

每個(gè)通道的模擬輸入能夠同時(shí)采樣差分電壓，并通過共模抑制比（CMRR）衰減共模信號(hào)。其寬共模輸入范圍和高CMRR使得它能夠接受各種不同類型的信號(hào)，簡(jiǎn)化了信號(hào)鏈設(shè)計(jì)。

4.3 輸入驅(qū)動(dòng)和濾波

為了確保采樣電容在采集間隔內(nèi)能夠穩(wěn)定到新的輸入電壓，外部電路需要提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力。對(duì)于高阻抗源，建議使用緩沖放大器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，輸入信號(hào)需要進(jìn)行濾波，以減少噪聲和失真。

4.4 參考配置

LTC2348-18支持三種參考配置：內(nèi)部參考與內(nèi)部緩沖器、外部參考與內(nèi)部緩沖器、外部參考且禁用內(nèi)部緩沖器。不同的參考配置適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，可以根據(jù)對(duì)精度和漂移的要求進(jìn)行選擇。

4.5 動(dòng)態(tài)性能

通過快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)測(cè)試ADC的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。LTC2348-18在信號(hào) - 噪聲和失真比（SINAD）、信號(hào) - 噪聲比（SNR）和總諧波失真（THD）等方面表現(xiàn)出色，能夠滿足高動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用的需求。

4.6 功率考慮

該ADC需要多個(gè)電源，電源的選擇和配置需要根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，它還支持Nap模式和Power Down模式，能夠在不使用時(shí)降低功耗。

4.7 時(shí)序和控制

CNV引腳控制采樣和轉(zhuǎn)換過程，內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘確保了穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。Nap模式和Power Down模式的控制也有相應(yīng)的時(shí)序要求，需要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行操作。

4.8 數(shù)字接口

LTC2348-18支持CMOS和LVDS兩種串行接口，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的接口。在CMOS模式下，可以選擇1到8個(gè)數(shù)據(jù)輸出通道，優(yōu)化總線寬度和數(shù)據(jù)吞吐量。

5. 典型應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)品

5.1 典型應(yīng)用

LTC2348-18適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如可編程邏輯控制器、工業(yè)過程控制、電力線監(jiān)測(cè)、測(cè)試和測(cè)量等。在這些應(yīng)用中，它能夠準(zhǔn)確地采集和處理模擬信號(hào)，為系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

5.2 相關(guān)產(chǎn)品

Linear Technology公司還提供了一系列相關(guān)的ADC、DAC、參考和放大器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以與LTC2348-18配合使用，構(gòu)建完整的信號(hào)處理系統(tǒng)。

6. 總結(jié)

LTC2348-18是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異的ADC，具有高分辨率、低噪聲、寬動(dòng)態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn)。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配置和工作模式，同時(shí)注意電源、引腳布局和信號(hào)處理等方面的問題，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。希望本文能夠?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在設(shè)計(jì)和使用LTC2348-18時(shí)提供有益的參考。你在使用這款A(yù)DC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。