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

在電子工程師的日常工作中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分。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)，了解它的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：LTC1090.pdf

一、LTC1090概述

LTC1090是一款數(shù)據(jù)采集組件，它集成了串行I/O逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。采用LTCMOS開關(guān)電容技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)10位單極性或9位加符號(hào)雙極性A/D轉(zhuǎn)換。其8通道輸入多路復(fù)用器可配置為單端或差分輸入（或兩者組合），并且所有單端輸入通道都包含片上采樣保持功能。

二、主要特性

（一）軟件可編程特性

• 轉(zhuǎn)換模式：支持單極性/雙極性轉(zhuǎn)換，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。
• 輸入配置：提供4個(gè)差分輸入或8個(gè)單端輸入，滿足不同的信號(hào)采集要求。
• 數(shù)據(jù)序列：可以選擇MSB或LSB優(yōu)先的數(shù)據(jù)序列，方便與不同的處理器進(jìn)行接口。
• 數(shù)據(jù)字長(zhǎng)：輸出數(shù)據(jù)字長(zhǎng)可編程為8、10、12或16位，適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。

（二）其他特性

• 采樣保持：內(nèi)置采樣保持功能，能夠快速準(zhǔn)確地采集信號(hào)。
• 電源供應(yīng)：支持單電源5V、10V或±5V操作，供電靈活。
• 接口方式：可直接通過4線接口與大多數(shù)MPU串行端口和所有MPU并行端口連接，最大吞吐量速率可達(dá)30kHz。

三、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

（一）分辨率

LTC1090的分辨率為10位，能夠提供較為精確的信號(hào)轉(zhuǎn)換。

（二）誤差指標(biāo)

• LTC1090A：總未調(diào)整誤差（包括失調(diào)、線性度和增益誤差）小于±0.5LSB。
• LTC1090：失調(diào)和線性度小于±0.5LSB，但增益誤差限制為±2LSB，適用于增益可調(diào)節(jié)或?qū)υ鲆嬉蟛桓叩膽?yīng)用。

（三）轉(zhuǎn)換時(shí)間

最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為22μs，能夠滿足快速數(shù)據(jù)采集的需求。

（四）電源電流

最大電源電流為2.5mA，典型值為1.0mA，功耗較低。

四、引腳功能

五、典型性能特性

（一）電源電流與電壓、溫度的關(guān)系

從典型性能曲線可以看出，電源電流與電源電壓和溫度有關(guān)。在不同的電源電壓和溫度條件下，電源電流會(huì)有所變化。這對(duì)于設(shè)計(jì)電源供應(yīng)方案時(shí)需要考慮的因素，確保系統(tǒng)在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作。

（二）誤差與參考電壓、溫度的關(guān)系

• 失調(diào)誤差：失調(diào)誤差與參考電壓有關(guān)，隨著參考電壓的降低，失調(diào)誤差在LSB中的占比會(huì)增大。
• 線性度誤差：線性度誤差在不同的參考電壓和溫度下表現(xiàn)較為穩(wěn)定，但在某些情況下仍需注意。
• 增益誤差：增益誤差也會(huì)受到參考電壓和溫度的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體要求進(jìn)行調(diào)整。

（三）最大轉(zhuǎn)換時(shí)鐘速率與溫度、參考電壓、電源電壓的關(guān)系

最大轉(zhuǎn)換時(shí)鐘速率會(huì)隨著溫度、參考電壓和電源電壓的變化而變化。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工作條件選擇合適的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘速率，以保證系統(tǒng)的性能。

六、應(yīng)用信息

（一）數(shù)字方面

1. 串行接口

LTC1090通過同步、全雙工的4線串行接口與微處理器和其他外部電路進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)傳輸由下降沿的芯片選擇信號(hào)（CS）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)果在DOUT線上輸出。

2. 輸入數(shù)據(jù)字

輸入數(shù)據(jù)字的8位定義了轉(zhuǎn)換的各種參數(shù)，包括單極性/雙極性轉(zhuǎn)換、輸出數(shù)據(jù)字長(zhǎng)、MSB/LSB優(yōu)先格式以及多路復(fù)用器地址等。通過合理設(shè)置這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)換功能。

3. 去毛刺電路

芯片選擇輸入添加了去毛刺電路，可最小化因輸入噪聲引起的誤差。該電路會(huì)忽略持續(xù)時(shí)間短于1個(gè)ACLK周期的CS輸入狀態(tài)變化，在CS輸入狀態(tài)改變后，LTC1090會(huì)等待ACLK的兩個(gè)下降沿才識(shí)別有效的芯片選擇。

4. CS低電平轉(zhuǎn)換

在正常操作模式下，轉(zhuǎn)換期間CS為高電平。但LTC1090也支持CS低電平轉(zhuǎn)換，此時(shí)SCLK在轉(zhuǎn)換期間必須保持低電平。轉(zhuǎn)換完成后，DOUT線將變?yōu)橛行?，開始正常的數(shù)據(jù)傳輸。

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，無(wú)需外部硬件。對(duì)于沒有串行接口的MPU，可以通過編程MPU的并行端口線來(lái)形成與LTC1090的串行鏈接。

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CS信號(hào)決定MPU尋址的LTC1090。

（二）模擬方面

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和V - 應(yīng)進(jìn)行旁路處理，以減少噪聲和紋波。

2. 旁路

為了保證良好的性能，VCC必須無(wú)噪聲和紋波。通過將VCC引腳直接旁路到模擬接地平面，并使用短引線的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

由于采用電容重新分配A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，LTC1090的模擬輸入存在電容開關(guān)輸入電流尖峰。在使用大源電阻或慢響應(yīng)運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)輸入時(shí)，需要確保電流尖峰引起的瞬態(tài)在轉(zhuǎn)換開始前完全穩(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，能夠快速采集快速變化的信號(hào)。對(duì)于差分輸入，“+”輸入電壓可以快速變化，但“ - ”輸入電壓在轉(zhuǎn)換期間必須保持恒定且無(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)換器的電壓范圍。在驅(qū)動(dòng)參考輸入時(shí)，需要注意源電阻要低，以防止DC壓降；同時(shí)要確保電容開關(guān)電流引起的瞬態(tài)在每個(gè)位測(cè)試期間完全穩(wěn)定。

6. 降低參考電壓操作

通過降低轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，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、失調(diào)和噪聲等因素。

七、典型應(yīng)用電路

（一）“快速查看”電路

通過簡(jiǎn)單的電路連接，用戶可以快速查看LTC1090的功能和時(shí)序。將REF + 和DIN連接到VCC，選擇5V輸入范圍、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電路

利用LTC1090軟件選擇差分輸入極性和輸出字長(zhǎng)的獨(dú)特能力，可以實(shí)現(xiàn)額外一位的分辨率。通過兩次10位單極性轉(zhuǎn)換，一次在0到5V范圍內(nèi)，另一次在0到 - 5V范圍內(nèi)，確定輸入的符號(hào)，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為2的補(bǔ)碼表示法存儲(chǔ)在RAM中。

八、總結(jié)

LTC1090是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的單芯片10位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它具有軟件可編程特性、內(nèi)置采樣保持功能、靈活的電源供應(yīng)和接口方式等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)使用LTC1090時(shí)，需要充分考慮其數(shù)字和模擬方面的特性，合理設(shè)置參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確運(yùn)行。

你在實(shí)際應(yīng)用中是否使用過LTC1090呢？遇到過哪些問題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。