深入解析LTC1090：單芯片10位數據采集系統

在電子設計領域，數據采集系統是至關重要的一環。今天，我們將深入探討Linear Technology公司的LTC1090單芯片10位數據采集系統，了解它的特性、應用以及設計要點。

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轉換器的數據采集組件。它采用LTCMOS開關電容技術，可實現10位單極性或9位加符號雙極性A/D轉換。8通道輸入多路復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/雙極性轉換、4差分/8單端輸入、MSB或LSB優先數據序列以及可變數據字長。
2. 內置采樣保持：確保對快速變化信號的準確采集。
3. 多種電源選項：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MPU串行端口和所有MPU并行端口進行4線接口，最大吞吐量速率為30kHz。

二、關鍵規格參數

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

三、應用信息

（一）數字考慮

1. 串行接口 LTC1090通過同步、全雙工的四線串行接口與微處理器和其他外部電路通信。數據傳輸由片選信號（CS）的下降沿啟動，在CS下降沿被識別后，一個8位輸入字被移入DIN輸入，同時上一次轉換的結果從DOUT輸出。轉換完成后，結果將在下一個數據傳輸周期可用。
2. 輸入數據字 輸入數據字的8位定義如下：
   • MUX地址：前四位指定多路復用器配置。
   • 單極性/雙極性（UNI）：第五位決定轉換是單極性還是雙極性。
   • MSB優先/LSB優先格式（MSBF）：第六位控制輸出數據的順序。
   • 字長（WL1，WL0）：最后兩位編程輸出數據字的長度，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。該電路忽略持續時間短于1個ACLK周期的CS狀態變化，在CS狀態變化后，LTC1090等待ACLK的兩個下降沿才識別有效的片選信號。
4. CS在轉換期間的狀態 在正常操作模式下，轉換期間CS為高電平，串行端口在CS為高電平時忽略任何SCLK活動。LTC1090也可以在轉換期間CS為低電平的模式下工作，但此時SCLK必須保持低電平。
5. 微處理器接口 LTC1090可以直接與大多數流行的微處理器同步串行格式接口。對于沒有串行接口的MPU，可以使用其并行端口的4條線來形成與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CS信號決定MPU尋址的LTC1090。

（二）模擬考慮

1. 接地 LTC1090應使用模擬接地平面和單點接地技術。AGND和DGND應直接連接到接地平面，VCC應通過一個4.7μF鉭電容旁路到接地平面，V - 應通過一個0.1μF陶瓷圓盤旁路。
2. 旁路 為了獲得良好的性能，VCC必須無噪聲和紋波。通過將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關輸入電流尖峰，這些尖峰很快就會穩定。但如果使用大的源電阻或慢穩定的運算放大器驅動輸入，必須確保在轉換開始前電流尖峰引起的瞬態完全穩定。
4. 采樣保持 對于單端輸入，LTC1090提供內置的采樣保持功能，允許其轉換快速變化的信號。對于差分輸入，所選“+”輸入的電壓仍然被采樣和保持，但所選“ - ”輸入的電壓在整個轉換時間內必須保持恒定且無噪聲和紋波。
5. 參考輸入 參考輸入之間的電壓定義了A/D轉換器的電壓跨度。驅動參考輸入時，應注意源電阻要低，電容性開關電流引起的瞬態必須在每個位測試期間完全穩定，并且參考輸入應直接連接到模擬接地平面。
6. 降低參考電壓操作 通過降低轉換器的輸入跨度，可以提高LTC1090的有效分辨率。但在低VREF值下操作時，需要考慮轉換速度、偏移和噪聲等因素。

四、典型應用

（一）“快速查看”電路

用戶可以使用一個簡單的電路快速查看LTC1090的功能和時序。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優先格式和16位字長。ACLK和SCLK連接在一起并由外部時鐘驅動，CS由CD4520以1/64的時鐘速率驅動，DOUT輸出數據。

（二）Sneak - A - Bit技術

LTC1090的獨特能力可以通過軟件選擇差分輸入的極性和輸出字長，以實現更高的分辨率。通過兩次10位單極性轉換（一次在0到5V跨度，另一次在0到 - 5V跨度），并結合一些軟件處理，可以得到一個帶符號的10位二進制補碼字。

五、封裝信息

LTC1090提供多種封裝選項，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、相關部件

文中還介紹了一些與LTC1090相關的部件，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，可以根據具體應用需求進行選擇。

總的來說，LTC1090是一款功能強大、性能優良的數據采集系統，在電子設計中具有廣泛的應用前景。但在使用過程中，需要注意其數字和模擬方面的設計要點，以確保系統的穩定性和準確性。你在實際設計中是否遇到過類似數據采集系統的應用問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。