深入解析LTC1863/LTC1867 12 -/16位8通道200ksps ADC

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中選擇合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）至關(guān)重要。今天為大家介紹凌力爾特（現(xiàn)ADI）的LTC1863/LTC1867 12 -/16位8通道200ksps ADC，它在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中都有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

LTC1863/LTC1867是引腳兼容的8通道12 -/16位A/D轉(zhuǎn)換器，具備串行I/O接口和內(nèi)部參考電壓源。它們通常僅從單一5V電源汲取1.3mA電流，具有低功耗的特點(diǎn)，適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。其8通道輸入多路復(fù)用器可配置為單端或差分輸入，以及單極或雙極轉(zhuǎn)換模式，靈活性極高。

二、產(chǎn)品特性

（一）高性能指標(biāo)

1. 分辨率與線(xiàn)性度：LTC1867具有16位分辨率，無(wú)失碼現(xiàn)象，最大積分非線(xiàn)性誤差（INL）為±2LSB，確保了高精度的轉(zhuǎn)換。LTC1863則為12位分辨率。
2. 采樣速率：高達(dá)200ksps的采樣速率，能夠滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
3. 信噪比：LTC1867的信噪比（SNR）典型值為89dB，在內(nèi)部參考電壓源的情況下，能有效減少噪聲干擾，提供清晰的信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)果。

（二）靈活的輸入配置

8通道多路復(fù)用器支持單端或差分輸入，以及單極或雙極轉(zhuǎn)換模式，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置，適應(yīng)不同的信號(hào)類(lèi)型和測(cè)量范圍。

（三）低功耗設(shè)計(jì)

1. 工作電流：在200ksps采樣速率下，電流僅為1.3mA；在100ksps采樣速率下，電流為0.76mA。
2. 節(jié)能模式：具備睡眠模式和自動(dòng)打盹模式，在轉(zhuǎn)換間隙自動(dòng)降低功耗，進(jìn)一步節(jié)省能源，延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

（四）接口與封裝

1. 串行I/O接口：采用SPI/MICROWIRE串行I/O接口，方便與微控制器或其他數(shù)字設(shè)備進(jìn)行通信，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2. 緊湊封裝：采用16引腳窄體SSOP封裝，占用空間小，適用于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LTC1863/LTC1867的高性能和低功耗特性使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：

1. 工業(yè)過(guò)程控制：能夠精確采集各種傳感器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的精確控制。
2. 高速數(shù)據(jù)采集：滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)采樣速率和精度的要求。
3. 電池供電系統(tǒng)：低功耗特性使其成為電池供電設(shè)備的理想選擇，延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。
4. 多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：8通道多路復(fù)用器可同時(shí)采集多個(gè)信號(hào)，提高系統(tǒng)的采集效率。
5. 成像系統(tǒng)：為成像系統(tǒng)提供高精度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，確保圖像質(zhì)量。

四、引腳功能與連接

（一）引腳功能

1. 模擬輸入引腳（CH0 - CH7/COM）：用于連接模擬信號(hào)源，CH7/COM可作為單獨(dú)通道或其他通道的公共負(fù)輸入。
2. 參考緩沖輸出引腳（REFCOMP）：提供4.096V的參考電壓，需通過(guò)10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)旁路到地。
3. 參考輸出引腳（VREF）：輸出2.5V參考電壓，也可作為外部參考緩沖輸入，需通過(guò)2.2μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)旁路到地。
4. 轉(zhuǎn)換控制引腳（CS/CONV）：兼具啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換和幀定序串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能。
5. 移位時(shí)鐘引腳（SCK）：同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
6. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出引腳（SDO）：輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，單極模式下為直二進(jìn)制格式，雙極模式下為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式。
7. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入引腳（SDI）：輸入A/D配置字。
8. 接地引腳（GND）：模擬和數(shù)字接地。
9. 電源引腳（VDD）：模擬和數(shù)字電源，需通過(guò)10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)旁路到地。

（二）典型連接圖

典型連接圖展示了如何將LTC1863/LTC1867與外部電路連接，包括差分輸入、單端輸入、參考電壓和數(shù)字I/O接口等部分。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的連接和配置。

五、性能分析

（一）直流性能

通過(guò)對(duì)ADC輸入直流信號(hào)并收集大量轉(zhuǎn)換結(jié)果，可測(cè)量其轉(zhuǎn)換噪聲。例如，LTC1867在對(duì)直流輸入進(jìn)行4096次數(shù)字化轉(zhuǎn)換后，輸出碼的分布呈高斯分布，均方根碼轉(zhuǎn)換噪聲約為0.74LSB。

（二）動(dòng)態(tài)性能

采用快速傅里葉變換（FFT）測(cè)試技術(shù)，可測(cè)試ADC在額定吞吐量下的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。在200kHz采樣速率和1kHz輸入信號(hào)的情況下，LTC1867的典型信納比（SINAD）為87.9dB；當(dāng)外部5V電壓施加到REFCOMP時(shí)，信噪比可達(dá)90dB。

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）模擬輸入驅(qū)動(dòng)

LTC1863/LTC1867的模擬輸入易于驅(qū)動(dòng)，可作為單端輸入或差分輸入。在驅(qū)動(dòng)時(shí)，需考慮源阻抗的影響，低源阻抗可直接驅(qū)動(dòng)輸入；對(duì)于高阻抗源，需增加采集時(shí)間。同時(shí)，可選擇合適的運(yùn)算放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)輸入，如LT1007、LT1097等。

（二）輸入濾波

為減少輸入放大器和其他電路的噪聲和失真，需對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。簡(jiǎn)單的1 - 極點(diǎn)RC濾波器在許多應(yīng)用中已足夠，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(shí)，應(yīng)選擇高質(zhì)量的電容和電阻，以減少失真。

（三）內(nèi)部參考電壓

LTC1863/LTC1867具有片上溫度補(bǔ)償、曲率校正的帶隙參考電壓源，工廠調(diào)整為2.5V。若需要更好的漂移和/或精度，可使用外部參考電壓源通過(guò)6k電阻驅(qū)動(dòng)VREF引腳。

（四）數(shù)字接口

通過(guò)CS/CONV控制輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，將CS/CONV置低可使能串行端口，ADC以二進(jìn)制補(bǔ)碼格式（雙極模式）或直二進(jìn)制格式（單極模式）通過(guò)SCK/SDO串行端口輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

（五）自動(dòng)打盹和睡眠模式

在轉(zhuǎn)換完成后，將CS/CONV保持高電平可使ADC進(jìn)入自動(dòng)打盹模式，降低功耗。若輸入字中選擇SLP = 1，ADC將進(jìn)入睡眠模式，僅消耗泄漏電流。從睡眠模式釋放后，ADC需要60ms喚醒時(shí)間。

（六）電路板布局和旁路

為獲得最佳性能，需使用具有接地平面的印刷電路板，并盡量分離數(shù)字和模擬信號(hào)線(xiàn)。所有模擬輸入應(yīng)通過(guò)GND屏蔽，VREF、REFCOMP和VDD應(yīng)盡可能靠近引腳旁路到接地平面，以確保低噪聲運(yùn)行。

七、總結(jié)

LTC1863/LTC1867是一款高性能、低功耗的8通道12 -/16位A/D轉(zhuǎn)換器，具有靈活的輸入配置、出色的直流和動(dòng)態(tài)性能，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需注意模擬輸入驅(qū)動(dòng)、輸入濾波、內(nèi)部參考電壓、數(shù)字接口、自動(dòng)打盹和睡眠模式以及電路板布局和旁路等方面，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似ADC的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。