工业应用数据信号采集的新选择

　　引言

　　凌力尔特公司推出了其首款 18 位 SAR ADC LTC2379-18，该器件兼具高分辨率 (18 位)、高速度 (1.6Msps)、高 SNR (101dB) 和低功耗 (18mW)，非常适合于高性能医疗、工业及汽车应用的要求。

　　适用领域

　　典型的工业信号链路 (图 1) 由传感器 (用于监视诸如压力、温度、电压或电流等模拟输入)、放大器和滤波器 (负责对输入进行放大和滤波)、ADC (用于将重要的输入信号转换为数字格式) 以及数字信号处理器或微控制器 (负责处理数字信号) 组成。高准确度系统需要使用高分辨率 ADC 来对输入信号进行较为精细的数字化处理。另外，ADC 还必须要能在尽可能不增加信号链路噪声的情况下快速完成转换 *** 作。LTC2379-18 的 18 位分辨率可提供系统所需的准确度和分辨率，并实现采样速率高达 1.6Msps 的高速运作。该器件给信号链路带来的噪声或功耗的增加极少，并提供了这些系统所要求的单触发转换。

　　

 

　　图 1：工业信号链路

　　LTC2379-18 的独特性何在? 是什么使其与市面上的其他同类产品截然不同?

　　LTC2379-18 是凌力尔特公司的首款 18 位 SAR ADC，该器件拥有无可比拟的 101dB SNR 性能以及突破性的全新数字增益压缩功能。在一个具有 18 位和 16 位分辨率以及 250ksps至高达 2Msps 速度范围的高性能 SAR ADC 系列中，LTC2379-18 是旗舰产品。同类竞争的 18 位 2Msps SAR ADC 在其最大采样速率下具有一个延迟周期，这意味着第一次转换包含无意义的数据且应忽略。与 1.6Msps 的 LTC2379-18 相比，它们事实上是 1.5Msps 无延迟的 18 位 SAR ADC。

　　无与伦比的性能

　　LTC2379-18 的 101dB SNR 比最为接近的同类竞争产品高出 4dB，从而使其成为市场上性能最佳的 18 位 SAR ADC，采样速率可达 1.6Msps。高 SNR 为信号处理链路提供了更加宽广的动态范围和更大的噪声裕量，因而有助于放宽系统设计限制。图 2 示出了 LTC2379-18 的 FFT 曲线图 (工作于 18 位分辨率和 1.6Msps 采样速率)。该高速 SAR ADC 的极低噪声层在系统设计中提供了异常出色的灵活性。多个相互抵触的因素影响着 ADC 的设计，而且通常需要在 ADC 噪声与速度指标之间进行权衡取舍。相比于较高速度的 ADC，速度较低的 ADC 往往能够保持较低的 *** 作噪声。LTC2379-18 实现了高速度和高性能并提升了 SAR ADC 的标准，从而将有助于设计人员设计出先前并不可行的系统。

　　

 

　　图 2：LTC2379-18 的 FFT 曲线图

　　解读数字增益压缩

　　传统的高分辨率 SAR ADC 信号链路常常要求 ADC 驱动器进行单端输入至差分输出的转换，旨在拓展动态范围。这些 ADC 驱动器由一个正电源和负电源来供电，其中负电源必需在驱动器中维持优良的失真性能，这是因为输出晶体管需要几十 mV 的电压以保持高线性度。负电源轨不仅消耗功率，而且其产生以及在整个 PCB 上的布线都很麻烦。面对这些限制条件，具功耗意识的设计一般通过衰减输入信号来免除驱动器的负电源。通过零标度和全标度代码的延迟，这些设计降低了对 ADC 驱动器放大器的输出摆幅要求。然而，在诸如控制系统等多种应用中，失去在靠近转移函数边界的地方生成代码的能力可能会带来不便，因为该信息可以是很重要并用于检测超出调节范围的状况。

　　

 

　　图 3：数字增益压缩功能

　　为了克服上述的基本限制，LTC2379-18系列配备了一种独特的数字增益压缩 (DGC) 功能。当启用时，ADC 将执行一种数字定标功能，把零标度代码从 0V 变换至 0.1 * VREF，并把全标度代码从 VREF 变换至 0.9 * VREF。对于 5V 的典型基准电压，输入范围将为 0.5V 至 4.5V，这为从单 5V 电源来给驱动放大器供电提供了足够的空间。如图 3 所示，DGC 功能允许 ADC 产生包括零标度和全标度在内的所有代码 (例如：对于一个 18 位 ADC，共有218 = 262,144 个代码)，同时降低对 ADC 驱动器放大器的输出摆幅要求。