LTC1863L/LTC1867L：低功耗多通道ADC的卓越之选

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的桥梁，其性能直接影响到整个系统的精度和可靠性。今天，我们就来深入了解一下凌力尔特（现ADI）的LTC1863L/LTC1867L，这两款低功耗、高性能的8通道12/16位ADC。

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产品概述

LTC1863L/LTC1867L是引脚兼容的8通道12/16位A/D转换器，具备串行I/O接口和内部参考源。它们采用紧凑的16引脚窄体SSOP封装，适用于对空间和功耗要求较高的应用场景。这两款ADC的采样率可达175ksps，能够满足大多数高速数据采集的需求。

产品特点

高性能转换

• 高分辨率：LTC1867L具有16位分辨率，无失码，最大积分非线性误差（INL）为±3LSB，能够提供精确的转换结果。LTC1863L则为12位分辨率，同样能满足一般精度要求的应用。
• 宽输入范围：支持单端或差分输入，以及单极性或双极性转换模式。可处理0V至2.5V的单极性输入或±1.25V的双极性输入，适应不同的信号类型。

低功耗设计

• 低静态电流：在175ksps采样率下，典型功耗仅为750µA，在50ksps采样率下，功耗可降至300µA。
• 自动休眠模式：具备自动Nap和Sleep模式，可在转换间隙降低功耗，适用于对功耗敏感的应用，如电池供电系统。

灵活的接口

• SPI/MICROWIRE串行I/O：方便与微控制器或其他数字设备进行通信，简化了系统设计。
• 8通道多路复用器：可通过配置输入数据字选择不同的通道，支持多种通道组合方式，包括4个差分通道、8个单端通道或差分与单端通道的组合。

其他特性

• 真差分输入：有效抑制共模噪声，提高信号的抗干扰能力。
• 内部参考源：提供稳定的1.25V参考电压，也可使用外部参考源以获得更高的精度和更低的漂移。
• AEC-Q100认证：适用于汽车应用，满足汽车电子的可靠性要求。

技术参数详解

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。LTC1863L/LTC1867L的供电电压范围为 -0.3V至6V，模拟输入电压、数字输入电压和数字输出电压的范围为 -0.3V至 (VDD + 0.3V)，功率耗散最大为500mW。不同温度等级的器件具有不同的工作温度范围，如LTC1863LC/LTC1867LC/LTC1867LAC的工作温度范围为0°C至70°C，LTC1863LI/LTC1867LI/LTC1867LAI为 -40°C至85°C。

转换器特性

参数	LTC1863L	LTC1867L	LTC1867LA
分辨率	12位	16位	16位
无失码	12位	15位	16位
积分线性误差（单极性）	±1 LSB	±3 LSB	±3 LSB
积分线性误差（双极性）	-	±4 LSB	±4 LSB
差分线性误差	±1 LSB	-2至 -1 LSB	-
过渡噪声	0.1 LSBRMS	1.6 LSBRMS	1.6 LSBRMS
失调误差（单极性）	±3 LSB	±32 LSB	±32 LSB
失调误差（双极性）	±4 LSB	±64 LSB	±64 LSB
失调误差匹配（单极性）	±1 LSB	±4 LSB	±3 LSB
失调误差匹配（双极性）	±1 LSB	±4 LSB	±3 LSB
失调误差漂移	±0.5 ppm/°C	±0.5 ppm/°C	±0.5 ppm/°C
增益误差（单极性）	±6至 ±96 LSB	±64 LSB	-
增益误差（双极性）	±6至 ±96 LSB	±64 LSB	-
增益误差匹配（单极性）	±1 LSB	±4 LSB	±3 LSB
增益误差匹配（双极性）	±1 LSB	±4 LSB	±3 LSB
增益误差温度系数（内部参考）	±20 ppm/°C	±20 ppm/°C	±20 ppm/°C
增益误差温度系数（外部参考）	±3 ppm/°C	±3 ppm/°C	±3 ppm/°C
电源灵敏度	±1至 ±3 LSB	±3 LSB	-

动态精度

在动态性能方面，LTC1863L/LTC1867L表现出色。在3V供电、外部参考电压为1.25V的条件下，信号 - 噪声比（SNR）可达73.1至83.7dB，信号 - （噪声 + 失真）比（S/(N+D)）为73至83.1dB，总谐波失真（THD）低至 -91.8至 -92.3dB。

模拟输入特性

模拟输入电容在转换间隙（采样模式）为32pF，转换期间（保持模式）为4pF。采样保持采集时间典型值为1.68µs，输入泄漏电流最大为±1µA。

内部参考特性

内部参考源输出电压典型值为1.25V，温度系数为±20ppm/°C，线路调整率为0.3mV/V，输出电阻为3kΩ。REFCOMP输出电压典型值为2.5V。

数字输入和输出特性

数字输入高电平电压（VIH）在VDD = 3.6V时为1.9V，低电平电压（VIL）在VDD = 2.7V时为0.45V。数字输入电流最大为±10uA，输入电容为2pF。数字输出高电平电压（VOH）在不同负载条件下有所不同，低电平电压（VOL）最大为0.4V。输出源电流最大为 -9.7mA，输出灌电流最大为6mA。

电源要求

供电电压范围为2.7V至3.6V，在175ksps采样率、内部参考源的情况下，供电电流典型值为0.75mA，Nap模式下为170µA，Sleep模式下为0.2至3µA。功率耗散在175ksps采样率下典型值为2mW，最大为2.7mW。

时序特性

最大采样频率为175kHz，转换时间为3.2至3.7µs，采集时间为2.01至1.68µs，SCK频率最大为20MHz。CS/CONV高电平时间在短脉冲模式下为40至100ns，SDO在不同条件下的有效时间和保持时间也有相应的规定。Sleep模式唤醒时间为80ms，总线释放时间为30至50ns。

引脚功能及典型连接

引脚功能

• CH0 - CH7/COM（引脚1 - 8）：模拟输入引脚，应保证输入信号无噪声。CH7/COM可作为单独通道或其他通道的公共负输入，未使用的通道应接地。
• REFCOMP（引脚9）：参考缓冲输出引脚，需用10µF钽电容和0.1µF陶瓷电容并联接地。若要驱动REFCOMP，可将VREF接地。
• VREF（引脚10）：1.25V参考输出引脚，也可作为外部参考缓冲输入以提高精度和漂移性能，需用2.2µF钽电容和0.1µF陶瓷电容并联接地。
• CS/CONV（引脚11）：用于启动ADC转换和帧同步串行数据传输。
• SCK（引脚12）：移位时钟，同步串行数据传输。
• SDO（引脚13）：数字数据输出，单极性模式下为直二进制格式，双极性模式下为补码格式。
• SDI（引脚14）：数字数据输入，用于输入A/D配置字。
• GND（引脚15）：模拟和数字地。
• VDD（引脚16）：模拟和数字电源，需用10µF钽电容和0.1µF陶瓷电容并联接地。上电或VDD低于最低工作电压时，需在CS/CONV引脚提供上升沿启动一次虚拟转换，第一次转换结果可能无效，应忽略。等待至少80ms的Sleep模式唤醒时间后，再启动第二次转换以获得有效结果。

典型连接图

典型连接图展示了LTC1863L/LTC1867L与外部电路的连接方式，包括模拟输入、数字I/O、参考源等部分。在实际应用中，应根据具体需求进行合理的电路设计。

应用信息

工作原理

LTC1863L/LTC1867L的转换过程由CS/CONV输入的上升沿启动，一旦转换开始，不能重新启动。在转换间隙，ADC接收通道选择输入字并输出转换结果，同时采集模拟输入为下一次转换做准备。在采集阶段，至少需要2.01µs的时间让采样保持电容采集模拟信号。转换过程中，内部16位差分电容DAC输出从最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB）进行排序，输入信号与差分电容DAC提供的二进制加权电荷进行比较，由低功耗差分比较器做出位决策，最终DAC输出平衡模拟输入，转换结果存储在12/16位输出锁存器中。

模拟输入多路复用器

模拟输入多路复用器由7位输入数据字控制，可实现多种通道配置，包括4个差分通道、8个单端通道或差分与单端通道的组合。通过改变输入数据字中的SD、OS、S1、S0、COM、UNI和SLP位，可以灵活选择通道和转换模式。

驱动模拟输入

LTC1863L/LTC1867L的模拟输入易于驱动，可作为单端输入或差分输入。在采集模式下，输入仅在充电采样保持电容时产生一个小的电流尖峰，转换模式下仅产生小的泄漏电流。若驱动电路的源阻抗较低，可直接驱动LTC1863L/LTC1867L的输入；对于高阻抗源，应增加采集时间。推荐使用的运算放大器包括LT1468、LT1469、LT1490A/LT1491A等。

输入滤波

为了减少输入放大器和其他电路的噪声和失真，应在模拟输入前进行滤波。简单的1 - 极点RC滤波器通常足以满足大多数应用需求。例如，使用50Ω源电阻和2000pF电容接地可将输入带宽限制在1.6MHz。同时，应选择高质量的电容和电阻，以避免引入额外的失真。

性能分析

• 直流性能：通过对ADC输入直流信号并收集大量转换结果，可以测量与高分辨率ADC相关的过渡噪声。例如，对LTC1867L输入直流信号进行4096次数字化转换，输出代码的分布呈高斯分布，RMS代码过渡噪声约为1.6LSB。
• 动态性能：采用FFT测试技术可以测试ADC在额定吞吐量下的频率响应、失真和噪声。信号 - 噪声和失真比（SINAD）是衡量ADC动态性能的重要指标，在不同供电电压和输入条件下，LTC1867L的SINAD可达81.4至83.5dB。总谐波失真（THD）是输入信号所有谐波的RMS和与基波本身的比值，LTC1867L的THD低至 -91.8至 -92.3dB。

内部参考

LTC1863L和LTC1867L具有片上温度补偿、曲率校正的带隙参考源，工厂校准为1.25V。该参考源通过参考放大器将VREF电压放大2倍至2.5V输出到REFCOMP引脚。REFCOMP引脚需用10µF陶瓷或钽电容和0.1µF陶瓷电容并联旁路，以获得最佳噪声性能。若需要更好的漂移和/或精度，可使用外部参考源驱动VREF引脚。

数字接口

LTC1863L和LTC1867L的数字接口非常简单，由CS/CONV控制输入使能。CS/CONV输入的逻辑上升沿将启动转换，转换完成后，将CS/CONV置低可使能串行端口，ADC将以补码格式（双极性模式）或直二进制格式（单极性模式）通过SCK/SDO串行端口输出数字数据。

内部时钟

内部时钟经过工厂校准，在整个工作温度范围内，典型转换时间为3.2µs，最大转换时间为3.7µs。典型采集时间为1.68µs，测试并保证的吞吐量采样率为175ksps。

自动Nap模式

转换完成后，若CS/CONV保持高电平，LTC1863L/LTC1867L将进入自动Nap模式。在自动Nap模式下，ADC仅保持VREF和REFCOMP电压激活，典型工作电流为750µA，转换间隙的自动Nap模式电流为170µA，随着采样率的降低，功耗也会相应降低。

Sleep模式

若在输入字中选择SLP = 1，ADC将进入Sleep模式，仅消耗泄漏电流（前提是所有数字输入保持在GND或VDD）。从Sleep模式释放后，ADC需要80ms的时间唤醒（对VREF/REFCOMP引脚的2.2µF/10µF旁路电容充电）。

电路板布局和旁路

为了获得最佳性能，需要使用带有接地平面的印刷电路板。布局时应尽量分离数字和模拟信号线，避免数字信号与模拟信号并行。所有模拟输入应接地屏蔽，VREF、REFCOMP和VDD应尽可能靠近引脚接地旁路，旁路电容的公共返回路径应具有低阻抗，以确保ADC的低噪声运行。

时序和控制

转换开始由CS/CONV数字输入控制，CS/CONV的上升沿将启动转换，一旦启动，直到转换完成才能重新启动。有两种CS/CONV脉冲模式，一种是转换后CS/CONV保持高电平，ADC进入自动Nap模式，可降低采样率下的功耗；另一种是转换结束前CS/CONV返回低电平，ADC保持上电状态。为了获得最佳性能，建议在采集和转换期间保持SCK、SDI和SDO为恒定的逻辑高或低，总线与其他设备的通信不应与转换周期（tCONV）重叠。

总结

LTC1863L/LTC1867L以其高性能、低功耗和灵活的接口，为电子工程师提供了一个优秀的ADC解决方案。无论是工业过程控制、高速数据采集、电池供电系统还是成像系统，LTC1863L/LTC1867L都能满足需求。在实际应用中，工程师需要根据具体的系统要求，合理选择器件、设计电路和优化布局，以充分发挥LTC1863L/LTC1867L的性能优势。你在使用LTC1863L/LTC1867L的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。