深入解析LTC1090：?jiǎn)涡酒?0位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討Linear Technology公司的LTC1090單芯片10位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：LTC1090CSW#PBF.pdf

一、LTC1090概述

LTC1090是一款集成了串行I/O逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集組件。它采用LTCMOS開(kāi)關(guān)電容技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)10位單極性或9位加符號(hào)雙極性A/D轉(zhuǎn)換。8通道輸入多路復(fù)用器可配置為單端或差分輸入（或其組合），所有單端輸入通道都包含片上采樣保持功能。

主要特性

1. 軟件可編程特性：支持單極性/雙極性轉(zhuǎn)換、4差分/8單端輸入、MSB或LSB優(yōu)先數(shù)據(jù)序列以及可變數(shù)據(jù)字長(zhǎng)。
2. 內(nèi)置采樣保持：確保對(duì)快速變化信號(hào)的準(zhǔn)確采集。
3. 多種電源選項(xiàng)：可在單電源5V、10V或±5V下工作。
4. 接口兼容性：可直接與大多數(shù)MPU串行端口和所有MPU并行端口進(jìn)行4線接口，最大吞吐量速率為30kHz。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

1. 分辨率：10位
2. 總未調(diào)整誤差（LTC1090A）：±1/2LSB（最大）
3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間：22μs
4. 電源電流：最大2.5mA，典型1.0mA

三、應(yīng)用信息

（一）數(shù)字考慮

1. 串行接口 LTC1090通過(guò)同步、全雙工的四線串行接口與微處理器和其他外部電路通信。數(shù)據(jù)傳輸由片選信號(hào)（CS）的下降沿啟動(dòng)，在CS下降沿被識(shí)別后，一個(gè)8位輸入字被移入DIN輸入，同時(shí)上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果從DOUT輸出。轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)果將在下一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期可用。
2. 輸入數(shù)據(jù)字 輸入數(shù)據(jù)字的8位定義如下：
   • MUX地址：前四位指定多路復(fù)用器配置。
   • 單極性/雙極性（UNI）：第五位決定轉(zhuǎn)換是單極性還是雙極性。
   • MSB優(yōu)先/LSB優(yōu)先格式（MSBF）：第六位控制輸出數(shù)據(jù)的順序。
   • 字長(zhǎng)（WL1，WL0）：最后兩位編程輸出數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度，可選擇8、10、12或16位。
3. 去毛刺電路 LTC1090的片選輸入添加了去毛刺電路，以減少噪聲引起的誤差。該電路忽略持續(xù)時(shí)間短于1個(gè)ACLK周期的CS狀態(tài)變化，在CS狀態(tài)變化后，LTC1090等待ACLK的兩個(gè)下降沿才識(shí)別有效的片選信號(hào)。
4. CS在轉(zhuǎn)換期間的狀態(tài) 在正常操作模式下，轉(zhuǎn)換期間CS為高電平，串行端口在CS為高電平時(shí)忽略任何SCLK活動(dòng)。LTC1090也可以在轉(zhuǎn)換期間CS為低電平的模式下工作，但此時(shí)SCLK必須保持低電平。
5. 微處理器接口 LTC1090可以直接與大多數(shù)流行的微處理器同步串行格式接口。對(duì)于沒(méi)有串行接口的MPU，可以使用其并行端口的4條線來(lái)形成與LTC1090的串行鏈路。文中給出了National MICROWIRE（COP420）、Motorola SPI（MC68HC05C4）、Hitachi Synchronous SCI（HD63705）等串行接口示例，以及Intel 8051的并行端口接口示例。
6. 共享串行接口 LTC1090可以與其他外圍組件或其他LTC1090共享相同的3線串行接口，通過(guò)CS信號(hào)決定MPU尋址的LTC1090。

（二）模擬考慮

1. 接地 LTC1090應(yīng)使用模擬接地平面和單點(diǎn)接地技術(shù)。AGND和DGND應(yīng)直接連接到接地平面，VCC應(yīng)通過(guò)一個(gè)4.7μF鉭電容旁路到接地平面，V - 應(yīng)通過(guò)一個(gè)0.1μF陶瓷圓盤(pán)旁路。
2. 旁路 為了獲得良好的性能，VCC必須無(wú)噪聲和紋波。通過(guò)將VCC引腳直接連接到模擬接地平面的4.7μF鉭電容，可以將VCC噪聲和紋波保持在1mV以下。
3. 模擬輸入 LTC1090的模擬輸入具有電容性開(kāi)關(guān)輸入電流尖峰，這些尖峰很快就會(huì)穩(wěn)定。但如果使用大的源電阻或慢穩(wěn)定的運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)輸入，必須確保在轉(zhuǎn)換開(kāi)始前電流尖峰引起的瞬態(tài)完全穩(wěn)定。
4. 采樣保持 對(duì)于單端輸入，LTC1090提供內(nèi)置的采樣保持功能，允許其轉(zhuǎn)換快速變化的信號(hào)。對(duì)于差分輸入，所選“+”輸入的電壓仍然被采樣和保持，但所選“ - ”輸入的電壓在整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)必須保持恒定且無(wú)噪聲和紋波。
5. 參考輸入 參考輸入之間的電壓定義了A/D轉(zhuǎn)換器的電壓跨度。驅(qū)動(dòng)參考輸入時(shí)，應(yīng)注意源電阻要低，電容性開(kāi)關(guān)電流引起的瞬態(tài)必須在每個(gè)位測(cè)試期間完全穩(wěn)定，并且參考輸入應(yīng)直接連接到模擬接地平面。
6. 降低參考電壓操作 通過(guò)降低轉(zhuǎn)換器的輸入跨度，可以提高LTC1090的有效分辨率。但在低VREF值下操作時(shí)，需要考慮轉(zhuǎn)換速度、偏移和噪聲等因素。

四、典型應(yīng)用

（一）“快速查看”電路

用戶可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電路快速查看LTC1090的功能和時(shí)序。該電路將REF + 和DIN連接到VCC，選擇5V輸入跨度、CH7作為單端輸入、單極性模式、MSB優(yōu)先格式和16位字長(zhǎng)。ACLK和SCLK連接在一起并由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，CS由CD4520以1/64的時(shí)鐘速率驅(qū)動(dòng)，DOUT輸出數(shù)據(jù)。

（二）Sneak - A - Bit技術(shù)

LTC1090的獨(dú)特能力可以通過(guò)軟件選擇差分輸入的極性和輸出字長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。通過(guò)兩次10位單極性轉(zhuǎn)換（一次在0到5V跨度，另一次在0到 - 5V跨度），并結(jié)合一些軟件處理，可以得到一個(gè)帶符號(hào)的10位二進(jìn)制補(bǔ)碼字。

五、封裝信息

LTC1090提供多種封裝選項(xiàng)，包括J封裝（20引腳陶瓷雙列直插式封裝）、N封裝（20引腳塑料雙列直插式封裝）和SW封裝（20引腳塑料小外形寬體封裝）。

六、相關(guān)部件

文中還介紹了一些與LTC1090相關(guān)的部件，如LTC1290、LTC1391、LTC1594L/LTC1598L、LTC1850/LTC1851、LTC1852/LTC1853、LTC2404/LTC2408、LTC2424/LTC2428等，這些部件在功能和性能上各有特點(diǎn)，可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總的來(lái)說(shuō)，LTC1090是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在電子設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。但在使用過(guò)程中，需要注意其數(shù)字和模擬方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類(lèi)似數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。