深入解析LTC1863/LTC1867 12 -/16位8通道200ksps ADC

作為電子工程師，在設計項目中選擇合適的模數轉換器（ADC）至關重要。今天為大家介紹凌力爾特（現ADI）的LTC1863/LTC1867 12 -/16位8通道200ksps ADC，它在眾多應用場景中都有著出色的表現。

文件下載：LTC1863.pdf

一、產品概述

LTC1863/LTC1867是引腳兼容的8通道12 -/16位A/D轉換器，具備串行I/O接口和內部參考電壓源。它們通常僅從單一5V電源汲取1.3mA電流，具有低功耗的特點，適合對功耗敏感的應用場景。其8通道輸入多路復用器可配置為單端或差分輸入，以及單極或雙極轉換模式，靈活性極高。

二、產品特性

（一）高性能指標

1. 分辨率與線性度：LTC1867具有16位分辨率，無失碼現象，最大積分非線性誤差（INL）為±2LSB，確保了高精度的轉換。LTC1863則為12位分辨率。
2. 采樣速率：高達200ksps的采樣速率，能夠滿足高速數據采集的需求。
3. 信噪比：LTC1867的信噪比（SNR）典型值為89dB，在內部參考電壓源的情況下，能有效減少噪聲干擾，提供清晰的信號轉換結果。

（二）靈活的輸入配置

8通道多路復用器支持單端或差分輸入，以及單極或雙極轉換模式，可根據實際應用需求進行靈活配置，適應不同的信號類型和測量范圍。

（三）低功耗設計

1. 工作電流：在200ksps采樣速率下，電流僅為1.3mA；在100ksps采樣速率下，電流為0.76mA。
2. 節能模式：具備睡眠模式和自動打盹模式，在轉換間隙自動降低功耗，進一步節省能源，延長電池供電設備的續航時間。

（四）接口與封裝

1. 串行I/O接口：采用SPI/MICROWIRE串行I/O接口，方便與微控制器或其他數字設備進行通信，簡化了系統設計。
2. 緊湊封裝：采用16引腳窄體SSOP封裝，占用空間小，適用于對空間要求較高的應用。

三、應用領域

LTC1863/LTC1867的高性能和低功耗特性使其在多個領域得到廣泛應用：

1. 工業過程控制：能夠精確采集各種傳感器信號，實現對工業生產過程的精確控制。
2. 高速數據采集：滿足高速數據采集系統對采樣速率和精度的要求。
3. 電池供電系統：低功耗特性使其成為電池供電設備的理想選擇，延長設備的使用時間。
4. 多路復用數據采集系統：8通道多路復用器可同時采集多個信號，提高系統的采集效率。
5. 成像系統：為成像系統提供高精度的模擬信號轉換，確保圖像質量。

四、引腳功能與連接

（一）引腳功能

1. 模擬輸入引腳（CH0 - CH7/COM）：用于連接模擬信號源，CH7/COM可作為單獨通道或其他通道的公共負輸入。
2. 參考緩沖輸出引腳（REFCOMP）：提供4.096V的參考電壓，需通過10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯旁路到地。
3. 參考輸出引腳（VREF）：輸出2.5V參考電壓，也可作為外部參考緩沖輸入，需通過2.2μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯旁路到地。
4. 轉換控制引腳（CS/CONV）：兼具啟動ADC轉換和幀定序串行數據傳輸的雙重功能。
5. 移位時鐘引腳（SCK）：同步串行數據傳輸。
6. 數字數據輸出引腳（SDO）：輸出A/D轉換結果，單極模式下為直二進制格式，雙極模式下為二進制補碼格式。
7. 數字數據輸入引腳（SDI）：輸入A/D配置字。
8. 接地引腳（GND）：模擬和數字接地。
9. 電源引腳（VDD）：模擬和數字電源，需通過10μF鉭電容和0.1μF陶瓷電容并聯旁路到地。

（二）典型連接圖

典型連接圖展示了如何將LTC1863/LTC1867與外部電路連接，包括差分輸入、單端輸入、參考電壓和數字I/O接口等部分。在實際應用中，需根據具體需求進行合理的連接和配置。

五、性能分析

（一）直流性能

通過對ADC輸入直流信號并收集大量轉換結果，可測量其轉換噪聲。例如，LTC1867在對直流輸入進行4096次數字化轉換后，輸出碼的分布呈高斯分布，均方根碼轉換噪聲約為0.74LSB。

（二）動態性能

采用快速傅里葉變換（FFT）測試技術，可測試ADC在額定吞吐量下的頻率響應、失真和噪聲。在200kHz采樣速率和1kHz輸入信號的情況下，LTC1867的典型信納比（SINAD）為87.9dB；當外部5V電壓施加到REFCOMP時，信噪比可達90dB。

六、設計注意事項

（一）模擬輸入驅動

LTC1863/LTC1867的模擬輸入易于驅動，可作為單端輸入或差分輸入。在驅動時，需考慮源阻抗的影響，低源阻抗可直接驅動輸入；對于高阻抗源，需增加采集時間。同時，可選擇合適的運算放大器來驅動輸入，如LT1007、LT1097等。

（二）輸入濾波

為減少輸入放大器和其他電路的噪聲和失真，需對輸入信號進行濾波。簡單的1 - 極點RC濾波器在許多應用中已足夠，如使用50Ω源電阻和2000pF電容接地可將輸入帶寬限制在1.6MHz。同時，應選擇高質量的電容和電阻，以減少失真。

（三）內部參考電壓

LTC1863/LTC1867具有片上溫度補償、曲率校正的帶隙參考電壓源，工廠調整為2.5V。若需要更好的漂移和/或精度，可使用外部參考電壓源通過6k電阻驅動VREF引腳。

（四）數字接口

通過CS/CONV控制輸入啟動轉換，轉換完成后，將CS/CONV置低可使能串行端口，ADC以二進制補碼格式（雙極模式）或直二進制格式（單極模式）通過SCK/SDO串行端口輸出數字數據。

（五）自動打盹和睡眠模式

在轉換完成后，將CS/CONV保持高電平可使ADC進入自動打盹模式，降低功耗。若輸入字中選擇SLP = 1，ADC將進入睡眠模式，僅消耗泄漏電流。從睡眠模式釋放后，ADC需要60ms喚醒時間。

（六）電路板布局和旁路

為獲得最佳性能，需使用具有接地平面的印刷電路板，并盡量分離數字和模擬信號線。所有模擬輸入應通過GND屏蔽，VREF、REFCOMP和VDD應盡可能靠近引腳旁路到接地平面，以確保低噪聲運行。

七、總結

LTC1863/LTC1867是一款高性能、低功耗的8通道12 -/16位A/D轉換器，具有靈活的輸入配置、出色的直流和動態性能，適用于多種應用場景。在設計過程中，需注意模擬輸入驅動、輸入濾波、內部參考電壓、數字接口、自動打盹和睡眠模式以及電路板布局和旁路等方面，以充分發揮其性能優勢。大家在實際應用中是否遇到過類似ADC的使用問題呢？歡迎在評論區分享交流。