LTC1864L/LTC1865L：低功耗、高性能16位ADC的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們要深入探討的是Linear Technology公司的LTC1864L/LTC1865L這兩款16位ADC，它們以其出色的性能和低功耗特性，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

LTC1864L/LTC1865L是16位A/D轉(zhuǎn)換器，提供MSOP和SO - 8封裝，并且僅需單3V電源供電。在150ksps的采樣率下，其供電電流僅為450μA，而且在較低采樣速度時(shí)，由于芯片會(huì)在轉(zhuǎn)換之間自動(dòng)斷電，供電電流會(huì)進(jìn)一步降低。這兩款A(yù)DC采用16位開關(guān)電容逐次逼近架構(gòu)，內(nèi)置采樣保持電路。LTC1864L具有差分模擬輸入和外部參考引腳，而LTC1865L在MSOP版本中提供軟件可選的2通道多路復(fù)用器和外部參考引腳。

產(chǎn)品特性

1. 低功耗：單3V電源供電，在150ksps采樣率下典型供電電流為450μA，在1ksps時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)可將供電電流降至10μA。
2. 高性能：16位分辨率，無失碼分辨率可達(dá)14 - 15位，積分非線性（INL）典型值為±6 LSB。
3. 接口靈活：采用3線串行I/O，與SPI/MICROWIRE兼容，方便與各種微控制器、數(shù)字信號處理器等進(jìn)行連接。
4. 輸入特性好：真差分輸入，高阻抗模擬輸入，可直接連接信號源，減少外部增益級。
5. 兼容性強(qiáng)：是12位LTC1285/LTC1288的16位升級版本，并且與12位LTC1860L/LTC1861L引腳兼容。

二、技術(shù)參數(shù)

電氣特性

1. 電源電壓：VCC范圍為2.7 - 3.6V。
2. 參考電壓：LTC1864L的SO - 8和MSOP以及LTC1865L的MSOP版本，參考電壓范圍為1V到VCC。
3. 輸入范圍：模擬輸入范圍為(GND - 0.3V)到(VCC + 0.3V)，數(shù)字輸入范圍為(GND - 0.3V)到7V，數(shù)字輸出范圍為(GND - 0.3V)到(VCC + 0.3V)。
4. 功耗：最大功耗為400mW，在最大采樣頻率下功耗為1.22mW。

性能參數(shù)

1. 信噪比（SNR）：典型值為82dB。
2. 信噪失真比（S/(N + D)）：在1kHz輸入信號時(shí)典型值為82dB。
3. 總諧波失真（THD）：在1kHz輸入信號時(shí)典型值為 - 92dB。
4. 全功率帶寬：10MHz。
5. 全線性帶寬：S/(N + D) ≥ 75dB時(shí)為20kHz。

時(shí)序特性

1. 轉(zhuǎn)換時(shí)間（tCONV）：典型值為3.7 - 4.66μs。
2. 最大采樣頻率（fSMPL(MAX)）：150kHz。
3. 時(shí)鐘頻率（fSCK）：范圍為DC - 8MHz。

三、引腳功能

LTC1864L

• VREF：參考輸入，定義A/D轉(zhuǎn)換器的量程，需保持無噪聲。
• IN+、IN -：模擬輸入，測量兩者之間的電壓差。
• GND：模擬地，應(yīng)直接連接到模擬接地平面。
• CONV：轉(zhuǎn)換輸入，高電平啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后若保持高電平則進(jìn)入睡眠模式，低電平使能SDO輸出數(shù)據(jù)。
• SDO：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果從此引腳移出。
• SCK：移位時(shí)鐘輸入，同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
• VCC：正電源，需通過旁路電容直接連接到模擬接地平面以減少噪聲和紋波。

LTC1865L（MSOP封裝）

• CONV：功能與LTC1864L相同。
• CH0、CH1：模擬輸入，需無噪聲。
• AGND：模擬地。
• DGND：數(shù)字地。
• SDI：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入，用于輸入A/D配置字。
• SDO：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。
• SCK：移位時(shí)鐘輸入。
• VCC：正電源。
• VREF：參考輸入，定義A/D轉(zhuǎn)換器的量程。

四、工作原理

LTC1864L

轉(zhuǎn)換周期從CONV的上升沿開始，經(jīng)過tCONV時(shí)間后轉(zhuǎn)換完成。若CONV保持高電平，芯片進(jìn)入睡眠模式；CONV下降沿使芯片進(jìn)入采樣模式，SDO使能。SCK同步數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在SCK下降沿從SDO輸出，接收系統(tǒng)在SCK上升沿捕獲數(shù)據(jù)。

LTC1865L

轉(zhuǎn)換周期同樣從CONV的上升沿開始，轉(zhuǎn)換完成后若CONV保持高電平進(jìn)入睡眠模式。CONV下降后，2位數(shù)據(jù)字在SCK上升沿時(shí)鐘輸入到SDI，用于配置多路復(fù)用器。數(shù)據(jù)傳輸過程與LTC1864L類似，采用全雙工方式。

五、應(yīng)用場景

1. 高速數(shù)據(jù)采集：其150ksps的采樣率和16位分辨率，能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
2. 便攜式或緊湊型儀器：低功耗和小封裝尺寸，使其非常適合用于便攜式設(shè)備。
3. 低功耗電池供電儀器：自動(dòng)關(guān)機(jī)功能可有效降低功耗，延長電池使用壽命。
4. 隔離和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集：高阻抗輸入和差分輸入特性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的信號環(huán)境。

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

接地

使用模擬接地平面和單點(diǎn)接地技術(shù)，避免使用繞線技術(shù)進(jìn)行面包板測試和評估。應(yīng)將接地引腳直接連接到模擬接地平面，盡量減少引線長度。

旁路

為保證良好的性能，VCC和VREF引腳必須無噪聲和紋波。使用至少1μF的鉭電容將VCC和VREF引腳直接旁路到模擬接地平面，并盡量縮短旁路電容的引線。

模擬輸入

由于采用電容重新分配A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，模擬輸入會(huì)產(chǎn)生電容性開關(guān)輸入電流尖峰。當(dāng)源電阻小于200Ω或使用高速運(yùn)算放大器時(shí)，這些尖峰不會(huì)造成問題；但如果使用大源電阻或慢速運(yùn)算放大器，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。

七、相關(guān)產(chǎn)品對比

通過對比可以看出，LTC1864L/LTC1865L在低功耗和單3V供電方面具有明顯優(yōu)勢，適合對功耗要求較高的應(yīng)用場景。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，綜合考慮ADC的性能、功耗、接口等因素，選擇最適合的產(chǎn)品。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為廣大電子工程師在使用LTC1864L/LTC1865L時(shí)提供一些有益的參考。你在使用這類ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。