深入解析LTC1090：单芯片10位数据采集系统

在电子设计领域，数据采集系统是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨Linear Technology公司的LTC1090单芯片10位数据采集系统，了解它的特性、应用以及设计要点。

文件下载：LTC1090CSW#PBF.pdf

一、LTC1090概述

LTC1090是一款集成了串行I/O逐次逼近型A/D转换器的数据采集组件。它采用LTCMOS开关电容技术，可实现10位单极性或9位加符号双极性A/D转换。8通道输入多路复用器可配置为单端或差分输入（或其组合），所有单端输入通道都包含片上采样保持功能。

主要特性

1. 软件可编程特性：支持单极性/双极性转换、4差分/8单端输入、MSB或LSB优先数据序列以及可变数据字长。
2. 内置采样保持：确保对快速变化信号的准确采集。
3. 多种电源选项：可在单电源5V、10V或±5V下工作。
4. 接口兼容性：可直接与大多数MPU串行端口和所有MPU并行端口进行4线接口，最大吞吐量速率为30kHz。

二、关键规格参数

1. 分辨率：10位
2. 总未调整误差（LTC1090A）：±1/2LSB（最大）
3. 转换时间：22µs
4. 电源电流：最大2.5mA，典型1.0mA

三、应用信息

（一）数字考虑

1. 串行接口 LTC1090通过同步、全双工的四线串行接口与微处理器和其他外部电路通信。数据传输由片选信号（CS）的下降沿启动，在CS下降沿被识别后，一个8位输入字被移入DIN输入，同时上一次转换的结果从DOUT输出。转换完成后，结果将在下一个数据传输周期可用。
2. 输入数据字 输入数据字的8位定义如下：
   • MUX地址：前四位指定多路复用器配置。
   • 单极性/双极性（UNI）：第五位决定转换是单极性还是双极性。
   • MSB优先/LSB优先格式（MSBF）：第六位控制输出数据的顺序。
   • 字长（WL1，WL0）：最后两位编程输出数据字的长度，可选择8、10、12或16位。
3. 去毛刺电路 LTC1090的片选输入添加了去毛刺电路，以减少噪声引起的误差。该电路忽略持续时间短于1个ACLK周期的CS状态变化，在CS状态变化后，LTC1090等待ACLK的两个下降沿才识别有效的片选信号。
4. CS在转换期间的状态 在正常操作模式下，转换期间CS为高电平，串行端口在CS为高电平时忽略任何SCLK活动。LTC1090也可以在转换期间CS为低电平的模式下工作，但此时SCLK必须保持低电平。
5. 微处理器接口 LTC1090可以直接与大多数流行的微处理器同步串行格式接口。对于没有串行接口的MPU，可以使用其并行端口的4条线来形成与LTC1090的串行链路。文中给出了National MICROWIRE（COP420）、Motorola SPI（MC68HC05C4）、Hitachi Synchronous SCI（HD63705）等串行接口示例，以及Intel 8051的并行端口接口示例。
6. 共享串行接口 LTC1090可以与其他外围组件或其他LTC1090共享相同的3线串行接口，通过CS信号决定MPU寻址的LTC1090。

（二）模拟考虑

1. 接地 LTC1090应使用模拟接地平面和单点接地技术。AGND和DGND应直接连接到接地平面，VCC应通过一个4.7µF钽电容旁路到接地平面，V - 应通过一个0.1µF陶瓷圆盘旁路。
2. 旁路 为了获得良好的性能，VCC必须无噪声和纹波。通过将VCC引脚直接连接到模拟接地平面的4.7µF钽电容，可以将VCC噪声和纹波保持在1mV以下。
3. 模拟输入 LTC1090的模拟输入具有电容性开关输入电流尖峰，这些尖峰很快就会稳定。但如果使用大的源电阻或慢稳定的运算放大器驱动输入，必须确保在转换开始前电流尖峰引起的瞬态完全稳定。
4. 采样保持 对于单端输入，LTC1090提供内置的采样保持功能，允许其转换快速变化的信号。对于差分输入，所选“+”输入的电压仍然被采样和保持，但所选“ - ”输入的电压在整个转换时间内必须保持恒定且无噪声和纹波。
5. 参考输入 参考输入之间的电压定义了A/D转换器的电压跨度。驱动参考输入时，应注意源电阻要低，电容性开关电流引起的瞬态必须在每个位测试期间完全稳定，并且参考输入应直接连接到模拟接地平面。
6. 降低参考电压操作 通过降低转换器的输入跨度，可以提高LTC1090的有效分辨率。但在低VREF值下操作时，需要考虑转换速度、偏移和噪声等因素。

四、典型应用

（一）“快速查看”电路

用户可以使用一个简单的电路快速查看LTC1090的功能和时序。该电路将REF + 和DIN连接到VCC，选择5V输入跨度、CH7作为单端输入、单极性模式、MSB优先格式和16位字长。ACLK和SCLK连接在一起并由外部时钟驱动，CS由CD4520以1/64的时钟速率驱动，DOUT输出数据。

（二）Sneak - A - Bit技术

LTC1090的独特能力可以通过软件选择差分输入的极性和输出字长，以实现更高的分辨率。通过两次10位单极性转换（一次在0到5V跨度，另一次在0到 - 5V跨度），并结合一些软件处理，可以得到一个带符号的10位二进制补码字。

五、封装信息

LTC1090提供多种封装选项，包括J封装（20引脚陶瓷双列直插式封装）、N封装（20引脚塑料双列直插式封装）和SW封装（20引脚塑料小外形宽体封装）。

六、相关部件

文中还介绍了一些与LTC1090相关的部件，如LTC1290、LTC1391、LTC1594L/LTC1598L、LTC1850/LTC1851、LTC1852/LTC1853、LTC2404/LTC2408、LTC2424/LTC2428等，这些部件在功能和性能上各有特点，可以根据具体应用需求进行选择。

总的来说，LTC1090是一款功能强大、性能优良的数据采集系统，在电子设计中具有广泛的应用前景。但在使用过程中，需要注意其数字和模拟方面的设计要点，以确保系统的稳定性和准确性。你在实际设计中是否遇到过类似数据采集系统的应用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。