LTC2337-18：高性能18位ADC的卓越之選

在電子設計領域，模數轉換器（ADC）如同橋梁，連接著模擬世界和數字世界。今天，我們來深入探討Linear Technology公司的一款明星產品——LTC2337 - 18 18位ADC，看看它在高性能應用中能帶來怎樣的驚喜。

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一、產品概述

LTC2337 - 18是一款低噪聲、高速的18位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，采用單5V電源供電，具有±10.24V的真雙極性輸入范圍。這一特性使其在需要寬動態范圍的高壓應用中表現出色，比如可編程邏輯控制器、工業過程控制、高速數據采集、便攜式或緊湊型儀器以及自動測試設備（ATE）等領域。

二、產品特性亮點

高精度與高速度

• 高分辨率：18位分辨率確保了精確的數據轉換，保證18位無失碼，最大積分非線性誤差（INL）為±4LSB，能滿足高精度測量的需求。
• 高速轉換：擁有500ksps的吞吐量，且無周期延遲，非常適合高速應用場景。

出色的動態性能

• 高信噪比：在(f_{IN}=2kHz)時，典型信噪比（SNR）可達100dB，總諧波失真（THD）低至 - 115dB，能有效減少噪聲干擾，提高信號質量。

靈活的輸入范圍

支持±6.25V、±10.24V、±12.5V三種真雙極性輸入范圍，可根據不同的應用需求進行選擇。

低功耗設計

• 低靜態功耗：典型功耗僅35mW，在轉換之間自動進入睡眠模式，功耗與采樣率成比例降低，還提供睡眠模式，可將功耗降至300μW，非常適合對功耗敏感的應用。

豐富的接口特性

• SPI兼容接口：支持1.8V、2.5V、3.3V和5V邏輯，還具備菊花鏈模式，方便多通道系統的設計。
• 內部轉換時鐘：內部振蕩器設定轉換時間，減輕了外部時序設計的負擔。

三、電氣特性分析

輸入特性

• 模擬輸入：具有全差分輸入，輸入電容為5pF，輸入電阻為2.083kΩ，輸入共模抑制比（CMRR）在(f_{IN}=250kHz)時可達67dB，能有效抑制共模干擾。
• 輸入范圍：絕對輸入范圍（IN + ）和（IN - ）為 - 2.5 ? VREFBUF - 0.25V至2.5 ? VREFBUF + 0.25V，輸入差分電壓范圍為 - 5 ? VREFBUF至5 ? VREFBUF。

轉換特性

• 分辨率：18位分辨率保證了高精度的數據轉換。
• 線性誤差：積分線性誤差（INL）最大為±4LSB，差分線性誤差（DNL）最大為±1LSB，確保了轉換的線性度。

動態精度

在不同輸入范圍和頻率下，都能保持出色的動態性能，如在±10.24V范圍、(f_{IN}=2kHz)、REFIN = 2.048V時，SINAD可達95 - 100dB，SNR可達96 - 100dB。

內部參考特性

• 內部參考輸出電壓：典型值為2.048V，溫度系數最大為20ppm/°C，輸出阻抗為15kΩ。
• 參考緩沖器：輸出電壓典型值為4.096V，輸入電壓范圍為2.5 - 5V，輸出阻抗為13kΩ。

數字輸入輸出特性

• 數字輸入：高電平輸入電壓為0.8 ? OVDD，低電平輸入電壓為0.2 ? OVDD，輸入電流范圍為 - 10 - 10μA。
• 數字輸出：高電平輸出電壓為OVDD - 0.2V，低電平輸出電壓為0.2V，輸出漏電流范圍為 - 10 - 10μA。

電源要求

• 供電電壓：VDD范圍為4.75 - 5.25V，OVDD范圍為1.71 - 5.25V。
• 電源電流：在500ksps采樣率下，典型供電電流為7mA，睡眠模式電流為60μA。

四、引腳功能詳解

• DDLBYP（Pin 1）：2.5V電源旁路引腳，需用2.2μF陶瓷電容旁路到地。
• VDD（Pin 2）：5V電源，范圍為4.75 - 5.25V，用10μF陶瓷電容旁路到地。
• GND（Pins 3, 6 and 16）：接地引腳。
• IN +, IN - （Pins 4, 5）：正負差分模擬輸入，典型輸入范圍為±10.24V。
• REFBUF（Pin 7）：參考緩沖器輸出，標稱輸出4.096V，需用47μF陶瓷電容去耦。
• REFIN（Pin 8）：參考輸出/參考緩沖器輸入，標稱輸出2.048V，需用100nF陶瓷電容旁路到地。
• CNV（Pin 9）：轉換輸入，上升沿啟動新的轉換。
• CHAIN（Pin 10）：菊花鏈模式選擇引腳，控制工作模式。
• BUSY（Pin 11）：忙指示引腳，轉換開始時變高，結束時變低。
• RDL/SDI（Pin 12）：根據CHAIN引腳狀態，作為總線使能輸入或串行數據輸入。
• SCK（Pin 13）：串行數據時鐘輸入，用于數據移位。
• SDO（Pin 14）：串行數據輸出，以2’s補碼格式輸出轉換結果。
• OVDD（Pin 15）：I/O接口數字電源，范圍為1.71 - 5.25V，用0.1μF電容旁路到地。

五、應用信息

轉換器操作

LTC2337 - 18的工作分為采集和轉換兩個階段。在采集階段，電荷再分配電容D/A轉換器（CDAC）連接到輸入引腳驅動的電阻分壓器網絡輸出，采樣差分模擬輸入電壓的衰減和電平偏移版本。CNV引腳的上升沿啟動轉換，在轉換階段，18位CDAC通過逐次逼近算法，將采樣輸入與參考電壓的二進制加權分數進行比較，最終輸出近似采樣模擬輸入的數字代碼。

模擬輸入處理

• 輸入驅動電路：低阻抗源可直接驅動LTC2337 - 18的高阻抗輸入，高阻抗源則需緩沖，以減少采集期間的建立時間并優化ADC的失真性能。推薦使用緩沖放大器，它能提供低輸出阻抗，減少增益誤差，實現快速信號建立，并隔離信號源和ADC輸入。
• 輸入濾波：為了最小化噪聲，應在緩沖放大器輸入前對噪聲輸入信號進行低帶寬濾波，簡單的1 - 極RC低通濾波器通常就足夠了。同時，要選擇低噪聲密度的緩沖放大器，以減少SNR的下降。
• 單端到差分轉換：對于單端輸入信號，可使用單端到差分轉換電路，如LT1469高速雙運算放大器，將單端信號轉換為差分信號。
• 全差分輸入：為了實現LTC2337 - 18的全失真性能，可使用LT1469配置為兩個單位增益緩沖器，驅動低失真的全差分信號源。

ADC參考設置

有三種提供ADC參考的方式：

• 內部參考與內部緩沖器：使用內部低噪聲、低漂移的帶隙參考和參考緩沖器，輸入范圍為±10.24V。
• 外部參考與內部緩沖器：通過外部參考源驅動REFIN引腳，可獲得更精確和低漂移的參考電壓，輸入范圍為±5 ? REFIN。
• 外部參考無緩沖：禁用內部參考緩沖器，用外部參考源驅動REFBUF引腳，輸入范圍為±6.25V至±12.5V。

六、總結

LTC2337 - 18憑借其高精度、高速度、低功耗和靈活的接口特性，在眾多應用領域展現出強大的競爭力。無論是在工業控制、數據采集還是便攜式設備中，它都能為工程師提供可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇輸入范圍、參考設置和輸入驅動電路，以充分發揮LTC2337 - 18的性能優勢。大家在使用這款ADC時，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應用場景呢？歡迎在評論區分享交流。