LTC2360/LTC2361/LTC2362：高性能12位ADC的深度剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界與數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天我們來(lái)深入探討Linear Technology公司的LTC2360/LTC2361/LTC2362這三款12位采樣ADC，它們?cè)诒姸鄳?yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出卓越的性能。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高精度與低噪聲

這三款A(yù)DC具有12位分辨率，能夠提供高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。同時(shí)，它們的低噪聲特性也十分出色，SNR（信噪比）可達(dá)73dB，能有效減少信號(hào)中的噪聲干擾，為后續(xù)的數(shù)字處理提供更純凈的數(shù)據(jù)。

低功耗設(shè)計(jì)

在功耗方面表現(xiàn)優(yōu)異，以100ksps采樣率為例，LTC2360的功耗僅為1.5mW。而且，它們支持100ksps/250ksps/500ksps三種采樣率，并且在較低采樣率下，器件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式，進(jìn)一步降低功耗。例如，在睡眠模式下，典型供電電流僅為0.1μA。

寬電壓范圍與兼容性

支持2.35V至3.6V的單電源供電，適應(yīng)多種電源環(huán)境。同時(shí)，其數(shù)字輸出電源范圍為1V至3.6V（TSOT23 - 8封裝），并且具有SPI/MICROWIRE?兼容的串行I/O接口，方便與各種微控制器、DSP等設(shè)備進(jìn)行通信。

溫度適應(yīng)性強(qiáng)

能夠在 - 40°C至125°C的寬溫度范圍內(nèi)保證正常工作，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車環(huán)境。

小巧封裝

采用6引腳和8引腳的TSOT - 23封裝，體積小巧，節(jié)省電路板空間，非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

這些ADC適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、手持便攜式設(shè)備、不間斷電源、電池供電系統(tǒng)以及汽車電子等領(lǐng)域。其高性能和低功耗的特點(diǎn)，使得它們?cè)谶@些應(yīng)用中能夠發(fā)揮重要作用。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

轉(zhuǎn)換特性

分辨率為12位，無(wú)失碼現(xiàn)象。積分線性誤差最大為±1 LSB，差分線性誤差最大為±1 LSB，過(guò)渡噪聲典型值為0.25 LSB RMS，偏移誤差最大為±3.5 LSB，增益誤差最大為±2 LSB，總未調(diào)整誤差最大為±3.5 LSB。

模擬輸入特性

模擬輸入電壓范圍在S6封裝下為 - 0.05V至VDD + 0.05V，TS8封裝下為 - 0.05V至VREF + 0.05V。輸入泄漏電流最大為±1μA，輸入電容在轉(zhuǎn)換期間為4pF，轉(zhuǎn)換間隔期間為20pF。

動(dòng)態(tài)精度特性

SINAD（信號(hào)與噪聲加失真比）在LTC2360/LTC2361的輸入頻率為49kHz、LTC2362的輸入頻率為100kHz時(shí)，典型值為72dB；SNR（信噪比）典型值為73dB；THD（總諧波失真）在相應(yīng)輸入頻率下表現(xiàn)良好；SFDR（無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍）典型值為86dB；IMD（互調(diào)失真）在特定輸入頻率下表現(xiàn)出色。全功率帶寬在3dB時(shí)為10MHz，0.1dB時(shí)為2MHz；全線性帶寬在SINAD ≥ 68dB時(shí)為1MHz。

數(shù)字輸入輸出特性

數(shù)字輸入高電平電壓在不同VDD范圍下有不同要求，低電平電壓也有相應(yīng)規(guī)定。輸入電流在高電平和低電平時(shí)有明確的最大值。輸出高電平電壓和低電平電壓在特定條件下有規(guī)定，輸出源電流和灌電流也有相應(yīng)限制。

電源要求

供電電壓VDD范圍為2.35V至3.6V，數(shù)字輸出供電電壓OVDD范圍為1.0V至VDD。不同采樣率下的供電電流不同，睡眠模式下的功耗極低。

時(shí)序特性

不同型號(hào)的ADC在最大采樣頻率、移位時(shí)鐘頻率、時(shí)鐘周期、吞吐量時(shí)間、采集時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間等方面有不同的要求和規(guī)定。

四、引腳功能與應(yīng)用信息

引腳功能

S6封裝和TS8封裝的引腳功能有所不同。S6封裝中，VDD為正電源，GND為接地，AIN為模擬輸入，SCK為移位時(shí)鐘輸入，SDO為三態(tài)串行數(shù)據(jù)輸出，CONV為轉(zhuǎn)換輸入。TS8封裝除了上述引腳外，還增加了VREF參考輸入和OVDD輸出驅(qū)動(dòng)電源引腳。

應(yīng)用信息

直流性能

通過(guò)頻率域的信噪比（SNR）和時(shí)域的直方圖兩種方式評(píng)估ADC的噪聲。LTC2360/LTC2361/LTC2362在這兩方面都表現(xiàn)出色，SNR超過(guò)73dB，時(shí)域直方圖中的噪聲對(duì)應(yīng)約0.32LSB的RMS碼轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于相對(duì)于3V滿量程的73dB噪聲水平。

動(dòng)態(tài)性能

采用快速傅里葉變換（FFT）測(cè)試技術(shù)來(lái)測(cè)試ADC的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。通過(guò)施加低失真正弦波并使用FFT算法分析數(shù)字輸出，可以檢查ADC在基頻以外的頻譜內(nèi)容。

信號(hào)與噪聲加失真比（SINAD）

SINAD是輸入基頻的RMS幅度與A/D輸出的所有其他頻率分量的RMS幅度之比。LTC2362在高達(dá)250kHz的奈奎斯特頻率及以上的輸入頻率下，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異。

有效位數(shù)（ENOB）

ENOB與SINAD直接相關(guān)，LTC2362在最大采樣率500kHz下，在250kHz的奈奎斯特輸入頻率內(nèi)，ENOB保持在11位以上。

總諧波失真（THD）

THD是輸入信號(hào)所有諧波的RMS和與基頻本身的比值。LTC2362在奈奎斯特頻率及以上具有出色的失真性能。

互調(diào)失真（IMD）

當(dāng)ADC輸入信號(hào)包含多個(gè)頻譜分量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。通過(guò)特定公式可以計(jì)算IMD的值。

峰值諧波或雜散噪聲

是除輸入信號(hào)和直流外的最大頻譜分量，以相對(duì)于滿量程輸入信號(hào)RMS值的分貝表示。

全功率和全線性帶寬

全功率帶寬是指對(duì)于滿量程輸入信號(hào)，重構(gòu)基頻的幅度降低3dB時(shí)的輸入頻率；全線性帶寬是指SINAD降至68dB（11有效位）時(shí)的輸入頻率。LTC2362經(jīng)過(guò)優(yōu)化，允許對(duì)高于轉(zhuǎn)換器奈奎斯特頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行欠采樣，在高頻下噪聲地板很低，SINAD在遠(yuǎn)超過(guò)奈奎斯特頻率時(shí)受失真影響。

串行接口

通過(guò)3線接口與微控制器、DSP等外部電路進(jìn)行通信。CONV上升沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并禁用SDO，轉(zhuǎn)換完成后ADC自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式。CONV變低使能SDO并輸出MSB位，SCK同步數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)位在SCK下降沿傳輸，可在上升沿捕獲。數(shù)據(jù)傳輸完成后，若繼續(xù)施加SCK時(shí)鐘且CONV為低，SDO將無(wú)限輸出零。

睡眠模式

每次轉(zhuǎn)換后，如果CONV保持高電平，ADC進(jìn)入睡眠模式以節(jié)省功率，此時(shí)所有偏置電流關(guān)閉，僅存在泄漏電流（約0.1μA）。在睡眠模式下，采樣保持器處于保持模式，CONV下降沿后ADC返回采樣模式。

實(shí)現(xiàn)微功耗性能

最小化睡眠模式功耗

確保CONV輸入在低電平時(shí)為GND，高電平時(shí)為VDD，以獲得最低供電電流。在轉(zhuǎn)換后CONV保持高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器處于睡眠模式，SCK輸入狀態(tài)對(duì)供電電流無(wú)影響，轉(zhuǎn)換時(shí)保持SCK高或低可獲得最佳性能。

最小化設(shè)備活動(dòng)時(shí)間

在轉(zhuǎn)換間隔較長(zhǎng)的系統(tǒng)中，ADC功耗最小。可以通過(guò)合理安排CONV信號(hào)，使ADC在acq和tconv期間消耗功率，其余時(shí)間處于睡眠模式。同時(shí)，使用系統(tǒng)中最快的SCK縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，但要確保不違反t4和t7的要求。

SDO負(fù)載

數(shù)字輸出的電容負(fù)載會(huì)增加功耗，應(yīng)評(píng)估C ? V ? f電流并盡量減少有問(wèn)題的負(fù)載。

單端模擬輸入

驅(qū)動(dòng)模擬輸入

LTC2360/LTC2361/LTC2362的模擬輸入易于驅(qū)動(dòng)，在充電采樣保持電容時(shí)僅產(chǎn)生一個(gè)小電流尖峰，轉(zhuǎn)換期間輸入僅產(chǎn)生小泄漏電流。如果驅(qū)動(dòng)電路的源阻抗較低，可以直接驅(qū)動(dòng)輸入；源阻抗增加時(shí)，采集時(shí)間會(huì)增加，此時(shí)可使用緩沖放大器。選擇輸入放大器時(shí)，要考慮其輸出阻抗和閉環(huán)帶寬，同時(shí)注意其噪聲和諧波失真。

輸入濾波和源阻抗

輸入放大器和其他電路的噪聲和失真會(huì)影響ADC的性能，應(yīng)在模擬輸入前進(jìn)行濾波。簡(jiǎn)單的1 - 極RC濾波器適用于許多應(yīng)用，同時(shí)要使用高質(zhì)量的電容和電阻，以減少失真。高外部源電阻會(huì)降低額定帶寬并增加采集時(shí)間。

參考輸入

TS8封裝中，VREF引腳的電壓定義了ADC的滿量程范圍，參考電壓范圍為VDD至1.4V。

輸入范圍

模擬輸入為相對(duì)于GND的單端輸入，S6封裝輸入可擺動(dòng)至VDD，TS8封裝可擺動(dòng)至VREF。輸入與GND的差值超出范圍時(shí)，輸出代碼會(huì)固定為全1或全0。

電路板布局和旁路

為獲得最佳性能，應(yīng)使用帶有接地平面的印刷電路板，將數(shù)字和模擬信號(hào)線盡可能分開(kāi)，避免數(shù)字軌道與模擬信號(hào)軌道并行或在ADC下方布線，模擬輸入應(yīng)通過(guò)接地平面屏蔽。在VDD和VREF引腳使用高質(zhì)量的鉭電容和陶瓷旁路電容，電容應(yīng)盡可能靠近引腳，連接引腳和旁路電容的走線應(yīng)短而寬。同時(shí)，要注意處理ADC數(shù)據(jù)輸出和控制信號(hào)與微處理器總線連接時(shí)可能出現(xiàn)的誤差問(wèn)題。

五、典型應(yīng)用與相關(guān)部件

典型應(yīng)用

文中給出了LTC2362的推薦交流測(cè)試電路，展示了其在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式。

相關(guān)部件

列出了一系列相關(guān)的ADC、DAC和參考器件，為工程師在設(shè)計(jì)中提供了更多的選擇和參考。

總之，LTC2360/LTC2361/LTC2362這三款A(yù)DC以其高精度、低功耗、寬溫度范圍和小巧封裝等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有很大的優(yōu)勢(shì)。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用這些器件，以實(shí)現(xiàn)高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)這些ADC的特殊問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。