深入解析LTC2335 - 18：高性能18位ADC的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，模拟 - 数字转换器（ADC）是至关重要的组件，它直接影响着系统的性能和精度。今天，我们就来深入探讨一款性能卓越的18位ADC——LTC2335 - 18。

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一、产品概述

LTC2335 - 18是一款18位、低噪声、8通道复用逐次逼近寄存器（SAR）ADC，具有差分、宽共模输入范围的特点。它采用5V低压电源和灵活的高压电源（通常为±15V），并集成了低漂移参考和缓冲器（ (V_{REFBUF }=4.096V) ）。这款ADC的独特之处在于其SoftSpan技术，它可以在每次转换时配置为接受±10.24V、0V至10.24V、±5.12V或0V至5.12V的信号，还能通过编程实现自动循环遍历一系列通道和范围，无需用户额外干预。

二、关键特性亮点

2.1 高精度与高分辨率

• INL误差小：最大±3LSB的积分非线性（INL），确保了在±10.24V范围内的高精度转换。
• 无丢失码：保证18位分辨率下无丢失码，为数据的准确性提供了坚实保障。

  2.2 出色的动态性能

• 高SNR：典型的单转换信噪比（SNR）达到96.7dB，有效降低了噪声对信号的干扰。
• 低THD：在 (f_{IN}=2kHz) 时，总谐波失真（THD）典型值为 - 109dB，减少了谐波对信号质量的影响。

  2.3 宽输入范围与高共模抑制

• 宽输入共模范围：允许ADC直接数字化各种信号，简化了信号链设计。
• 高CMRR：典型的共模抑制比（CMRR）为118dB，有效抑制了共模信号的干扰。

  2.4 灵活的接口与低功耗

• 双接口选择：支持引脚可选的SPI CMOS（1.8V至5V）和LVDS串行接口，能与不同的微控制器和FPGA进行良好通信。
• 低功耗设计：在1Msps吞吐量下，典型功耗为180mW，还提供了可选的休眠和掉电模式，进一步降低了功耗。

三、技术参数详解

3.1 输入特性

LTC2335 - 18的模拟输入引脚可以在较宽的共模输入范围内采样电压差（ (V{IN^+}-V{IN^-}) ），并通过高CMRR抑制共模信号。每个通道的模拟输入可以用等效电路模型表示，在采集开始时，40pF的采样电容通过约600Ω的导通电阻连接到模拟输入引脚。在不同的SoftSpan范围内，它可以处理双极性和单极性输入信号，输出数据格式分别为二进制补码和直二进制。

3.2 参考配置

该ADC支持三种参考配置：

• 内部参考与内部缓冲器：使用片上低噪声、低漂移的带隙参考，输出2.048V，经过参考缓冲器放大后在REFBUF引脚输出4.096V。
• 外部参考与内部缓冲器：通过外部参考源驱动REFIN引脚，可获得更精确和低漂移的参考电压。
• 外部参考且禁用内部缓冲器：接地REFIN以禁用内部缓冲器，用外部参考电压驱动REFBUF引脚，可实现最大输入信号摆幅和SNR。

3.3 时序与控制

• CNV时序：CNV引脚的上升沿触发采样和转换，转换开始后除非复位否则不能提前终止。为了获得最佳性能，应使用干净、低抖动的信号驱动CNV，并避免在CNV上升沿前后的信号线上出现过渡。
• 内部转换时钟：内部时钟经过校准，最大转换时间为550ns，最小采集时间为420ns，保证了1Msps的吞吐量。
• 休眠模式：转换完成后，可将ADC置于休眠模式以降低功耗。在休眠模式下，部分电路关闭，再次启动转换时，需将CNV拉低并保持至少420ns。
• 掉电模式：将PD引脚置高，ADC进入掉电模式，转换请求被忽略。退出掉电模式时，需将PD引脚置低，并等待至少10ms（使用内部参考缓冲器时需等待200ms）才能启动转换。
• 复位时序：连续两次将PD引脚置高且中间无转换操作，可触发全局复位，使ADC恢复到默认状态。

3.4 数字接口

LTC2335 - 18具有CMOS和LVDS串行接口，可通过LVDS/CMOS引脚选择。

• 串行CMOS I/O模式：数据总线包括SCKI、SDI、SCKO和SDO。在数据事务窗口内，通过SDI输入控制字配置SoftSpan范围和通道，SDO输出24位数据包，包含转换结果和配置信息。
• 串行LVDS I/O模式：采用差分信号对传输信息，数据总线包括SCKI、SDI、SCKO和SDO。同样在数据事务窗口内进行配置和数据传输，支持高达250MHz（500Mbps）的SCKI频率。

四、应用场景与电路设计

4.1 应用场景

LTC2335 - 18适用于多种需要宽动态范围和高精度的高压应用，如可编程逻辑控制器、工业过程控制、电力线监测以及测试测量等领域。

4.2 电路设计要点

• 输入驱动电路：为了确保采样电容在采集期间能够稳定到新的输入引脚电压，外部电路应能够提供足够的电流。对于高阻抗源，建议使用缓冲放大器来驱动模拟输入，以保证采集期间的充分稳定，并优化ADC的线性度和失真性能。
• 输入滤波：为了减少输入信号的噪声和失真，应在缓冲放大器之前使用低带宽滤波器进行滤波。在缓冲器输出端，由600Ω采样开关导通电阻和40pF采样电容组成的低通RC滤波器可限制输入带宽，同时选择低噪声密度的缓冲放大器可减少SNR的下降。
• 缓冲任意和全差分模拟输入信号：由于LTC2335 - 18具有宽共模输入范围和高CMRR，可在信号源和ADC输入引脚之间插入两个单位增益缓冲器，以确保采样网络在ADC采集时间内达到18位分辨率。
• 缓冲单端模拟输入信号：当单端信号参考电平具有低阻抗且不需要缓冲时，可使用简化的电路，减少元件数量、功耗和由于驱动噪声引起的SNR下降。

五、总结

LTC2335 - 18以其高精度、高动态性能、宽输入范围、灵活的接口和低功耗等优点，成为了众多高压应用的理想选择。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求合理选择参考配置、输入驱动电路和滤波方案，同时注意PCB布局和时序控制，以充分发挥这款ADC的性能优势。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和应用LTC2335 - 18，在电子设计中取得更出色的成果。大家在使用过程中有什么疑问或者独特的经验，欢迎在评论区分享交流。