深入解析 LTC2435/LTC2435 - 1：20 位無延遲 ΔΣ ADC

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高精度模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是實(shí)現(xiàn)精確數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵組件。今天，我們來詳細(xì)探討 Linear Technology 公司的 LTC2435/LTC2435 - 1 這兩款 20 位無延遲 ΔΣ ADC，看看它們在性能、應(yīng)用和設(shè)計(jì)方面有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

LTC2435/LTC2435 - 1 是工作在 2.7V 至 5.5V 電壓范圍內(nèi)的微功耗 20 位差分 ΔΣ ADC，內(nèi)置振蕩器，具有 3ppm 的積分非線性（INL）和 0.8ppm 的均方根（RMS）噪聲。它們采用了 delta - sigma 技術(shù)，為多路復(fù)用應(yīng)用提供單周期穩(wěn)定時(shí)間。

（一）特性亮點(diǎn)

1. 高速版本：LTC2435 是 LTC2430 的 2 倍速版本，輸出速率為 15Hz，具有 60Hz 陷波；LTC2435 - 1 輸出速率為 13.75Hz，可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 50Hz/60Hz 陷波。
2. 差分輸入與參考：支持差分輸入和差分參考，共模范圍從 GND 到 VCC。
3. 高精度：3ppm INL，無丟失碼，10ppm 增益誤差，0.8ppm 噪聲。
4. 單周期穩(wěn)定：適用于多路復(fù)用應(yīng)用，無需額外等待時(shí)間。
5. 內(nèi)部振蕩器：無需外部頻率設(shè)置組件，簡化設(shè)計(jì)。
6. 低功耗：工作電流 200μA，自動(dòng)睡眠模式下僅 4μA。
7. 小封裝：采用窄 SSOP - 16 封裝（SO - 8 引腳布局）。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

這些特性使得 LTC2435/LTC2435 - 1 廣泛應(yīng)用于直接傳感器數(shù)字化、體重秤、直接溫度測量、氣體分析儀、應(yīng)變計(jì)傳感器、儀器儀表、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)過程控制和 6 位數(shù)字電壓表等領(lǐng)域。

二、技術(shù)參數(shù)分析

（一）絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。LTC2435/LTC2435 - 1 的電源電壓范圍為 - 0.3V 至 7V，模擬輸入引腳、參考輸入引腳、數(shù)字輸入和輸出引腳的電壓范圍也有相應(yīng)規(guī)定，同時(shí)對工作溫度范圍、存儲(chǔ)溫度范圍和焊接溫度等都有明確限制。

（二）電氣特性

1. 分辨率：在 0.1V ≤ VREF ≤ VCC， - 0.5 ? VREF ≤ VIN ≤ 0.5 ? VREF 條件下，分辨率為 20 位，無丟失碼。
2. 積分非線性：在不同的電源電壓和參考電壓條件下，INL 表現(xiàn)出色，最大為 20ppm of VREF。
3. 偏移誤差：偏移誤差在 2 - 10mV 之間，偏移誤差漂移為 100nV/°C。
4. 增益誤差：正、負(fù)增益誤差均為 10 - 25ppm of VREF，增益誤差漂移為 0.1ppm of VREF/°C。
5. 輸出噪聲：在特定條件下，輸出噪聲為 4μVRMS。

（三）轉(zhuǎn)換器特性

1. 輸入共模抑制：DC 條件下，輸入共模抑制比高達(dá) 110 - 120dB；在 60Hz ±2% 和 50Hz ±2% 時(shí)，LTC2435 的輸入共模抑制比可達(dá) 140dB；LTC2435 - 1 在 49Hz 至 61.2Hz 范圍內(nèi)輸入共模抑制比為 120dB。
2. 輸入正常模式抑制：在 60Hz ±2% 和 50Hz ±2% 時(shí)，LTC2435 的輸入正常模式抑制比為 110 - 120dB；LTC2435 - 1 在不同條件下也有良好的抑制表現(xiàn)。
3. 參考共模抑制：DC 條件下，參考共模抑制比為 130 - 140dB。
4. 電源抑制：DC 電源抑制比為 100dB，在 60Hz ±2% 和 50Hz ±2% 時(shí)為 120dB。

（四）模擬輸入與參考

IN+ 和 IN - 的絕對/共模電壓范圍為 GND - 0.3V 至 VCC + 0.3V，輸入差分電壓范圍為 - VREF/2 至 VREF/2；REF+ 和 REF - 的絕對/共模電壓范圍也有明確規(guī)定，參考差分電壓范圍為 0.1V 至 VCC。同時(shí)，各引腳的采樣電容均為 1.5pF，直流泄漏電流在 - 10 至 10nA 之間。

（五）數(shù)字輸入與輸出

數(shù)字輸入和輸出的高低電平電壓、輸入電流、輸入電容等參數(shù)都有詳細(xì)規(guī)定，以確保與不同的數(shù)字系統(tǒng)兼容。

（六）電源要求

電源電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，轉(zhuǎn)換模式下電源電流為 200 - 300μA，睡眠模式下為 2 - 10μA。

（七）時(shí)序特性

包括外部振蕩器頻率范圍、高低周期、轉(zhuǎn)換時(shí)間、內(nèi)部和外部 SCK 頻率、數(shù)據(jù)輸出時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)對于精確控制 ADC 的工作至關(guān)重要。

三、引腳功能與操作模式

（一）引腳功能

1. GND：多個(gè)接地引腳，內(nèi)部連接以優(yōu)化接地電流和 VCC 去耦，所有引腳必須接地。
2. VCC：正電源電壓，需通過 10μF 鉭電容和 0.1μF 陶瓷電容旁路到 GND。
3. REF+ 和 REF -：差分參考輸入，REF+ 必須比 REF - 至少高 0.1V。
4. IN+ 和 IN -：差分模擬輸入，輸入范圍有明確限制，超出范圍會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的過范圍和欠范圍輸出代碼。
5. CS：有源低電平數(shù)字輸入，低電平使能 SDO 輸出并喚醒 ADC，高電平使 ADC 進(jìn)入睡眠模式。
6. SDO：三態(tài)數(shù)字輸出，用于數(shù)據(jù)輸出和轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示。
7. SCK：雙向數(shù)字時(shí)鐘引腳，根據(jù)不同模式用作內(nèi)部或外部串行接口時(shí)鐘。
8. F0：頻率控制引腳，用于控制 ADC 的陷波頻率和轉(zhuǎn)換時(shí)間。

（二）操作模式

LTC2435/LTC2435 - 1 的操作周期包括轉(zhuǎn)換、睡眠和數(shù)據(jù)輸出三個(gè)狀態(tài)。通過 CS 和 SCK 引腳的時(shí)序控制，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部或外部 SCK 以及自由運(yùn)行轉(zhuǎn)換等多種靈活操作模式。

四、應(yīng)用信息

（一）轉(zhuǎn)換器操作

轉(zhuǎn)換器在完成轉(zhuǎn)換后進(jìn)入睡眠狀態(tài)以降低功耗，CS 拉低時(shí)進(jìn)入數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。數(shù)據(jù)輸出無延遲，與轉(zhuǎn)換結(jié)果一一對應(yīng)，便于多路復(fù)用模擬電壓。

（二）轉(zhuǎn)換時(shí)鐘

內(nèi)置高精度振蕩器，無需外部頻率設(shè)置組件，LTC2435 對 50Hz 或 60Hz ±2% 線頻率的抑制至少為 110dB，LTC2435 - 1 對 50Hz ±2% 和 60Hz ±2% 同時(shí)抑制至少為 87dB。

（三）易用性

數(shù)據(jù)輸出無延遲、無濾波器穩(wěn)定延遲和冗余數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行多路復(fù)用。

（四）電源上電序列

當(dāng)電源電壓 VCC 低于約 2.2V 時(shí)，器件自動(dòng)進(jìn)入內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)；高于該閾值時(shí)，產(chǎn)生約 1ms 的內(nèi)部上電復(fù)位（POR）信號(hào)，之后開始正常轉(zhuǎn)換周期。

（五）參考電壓范圍

可接受 0.1V 至 VCC 的差分參考電壓，降低參考電壓可改善 INL 性能和在高輸出數(shù)據(jù)速率下的性能。

（六）輸入電壓范圍

模擬輸入為真正的差分輸入，輸入范圍有明確限制，可通過串聯(lián)電阻限制故障電流，但需注意電阻對精度和溫度漂移的影響。

（七）輸出數(shù)據(jù)格式

串行輸出數(shù)據(jù)流為 24 位，前 3 位為狀態(tài)信息，后 21 位為轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過不同的位組合指示輸入范圍和轉(zhuǎn)換狀態(tài)。

五、總結(jié)

LTC2435/LTC2435 - 1 以其高精度、低功耗、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，成為眾多高精度數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇器件參數(shù)和操作模式，同時(shí)注意引腳連接、電源和時(shí)鐘等方面的設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似 ADC 時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。