LTC1864L/LTC1865L：低功耗、高性能16位ADC的设计与应用

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关键桥梁。今天，我们要深入探讨的是Linear Technology公司的LTC1864L/LTC1865L这两款16位ADC，它们以其出色的性能和低功耗特性，在众多应用场景中展现出独特的优势。

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一、产品概述

LTC1864L/LTC1865L是16位A/D转换器，提供MSOP和SO - 8封装，并且仅需单3V电源供电。在150ksps的采样率下，其供电电流仅为450µA，而且在较低采样速度时，由于芯片会在转换之间自动断电，供电电流会进一步降低。这两款ADC采用16位开关电容逐次逼近架构，内置采样保持电路。LTC1864L具有差分模拟输入和外部参考引脚，而LTC1865L在MSOP版本中提供软件可选的2通道多路复用器和外部参考引脚。

产品特性

1. 低功耗：单3V电源供电，在150ksps采样率下典型供电电流为450µA，在1ksps时自动关机可将供电电流降至10µA。
2. 高性能：16位分辨率，无失码分辨率可达14 - 15位，积分非线性（INL）典型值为±6 LSB。
3. 接口灵活：采用3线串行I/O，与SPI/MICROWIRE兼容，方便与各种微控制器、数字信号处理器等进行连接。
4. 输入特性好：真差分输入，高阻抗模拟输入，可直接连接信号源，减少外部增益级。
5. 兼容性强：是12位LTC1285/LTC1288的16位升级版本，并且与12位LTC1860L/LTC1861L引脚兼容。

二、技术参数

电气特性

1. 电源电压：VCC范围为2.7 - 3.6V。
2. 参考电压：LTC1864L的SO - 8和MSOP以及LTC1865L的MSOP版本，参考电压范围为1V到VCC。
3. 输入范围：模拟输入范围为(GND - 0.3V)到(VCC + 0.3V)，数字输入范围为(GND - 0.3V)到7V，数字输出范围为(GND - 0.3V)到(VCC + 0.3V)。
4. 功耗：最大功耗为400mW，在最大采样频率下功耗为1.22mW。

性能参数

1. 信噪比（SNR）：典型值为82dB。
2. 信噪失真比（S/(N + D)）：在1kHz输入信号时典型值为82dB。
3. 总谐波失真（THD）：在1kHz输入信号时典型值为 - 92dB。
4. 全功率带宽：10MHz。
5. 全线性带宽：S/(N + D) ≥ 75dB时为20kHz。

时序特性

1. 转换时间（tCONV）：典型值为3.7 - 4.66µs。
2. 最大采样频率（fSMPL(MAX)）：150kHz。
3. 时钟频率（fSCK）：范围为DC - 8MHz。

三、引脚功能

LTC1864L

• VREF：参考输入，定义A/D转换器的量程，需保持无噪声。
• IN+、IN -：模拟输入，测量两者之间的电压差。
• GND：模拟地，应直接连接到模拟接地平面。
• CONV：转换输入，高电平启动A/D转换，转换完成后若保持高电平则进入睡眠模式，低电平使能SDO输出数据。
• SDO：数字数据输出，转换结果从此引脚移出。
• SCK：移位时钟输入，同步串行数据传输。
• VCC：正电源，需通过旁路电容直接连接到模拟接地平面以减少噪声和纹波。

LTC1865L（MSOP封装）

• CONV：功能与LTC1864L相同。
• CH0、CH1：模拟输入，需无噪声。
• AGND：模拟地。
• DGND：数字地。
• SDI：数字数据输入，用于输入A/D配置字。
• SDO：数字数据输出。
• SCK：移位时钟输入。
• VCC：正电源。
• VREF：参考输入，定义A/D转换器的量程。

四、工作原理

LTC1864L

转换周期从CONV的上升沿开始，经过tCONV时间后转换完成。若CONV保持高电平，芯片进入睡眠模式；CONV下降沿使芯片进入采样模式，SDO使能。SCK同步数据传输，数据在SCK下降沿从SDO输出，接收系统在SCK上升沿捕获数据。

LTC1865L

转换周期同样从CONV的上升沿开始，转换完成后若CONV保持高电平进入睡眠模式。CONV下降后，2位数据字在SCK上升沿时钟输入到SDI，用于配置多路复用器。数据传输过程与LTC1864L类似，采用全双工方式。

五、应用场景

1. 高速数据采集：其150ksps的采样率和16位分辨率，能够满足高速数据采集的需求。
2. 便携式或紧凑型仪器：低功耗和小封装尺寸，使其非常适合用于便携式设备。
3. 低功耗电池供电仪器：自动关机功能可有效降低功耗，延长电池使用寿命。
4. 隔离和/或远程数据采集：高阻抗输入和差分输入特性，能够适应复杂的信号环境。

六、设计注意事项

接地

使用模拟接地平面和单点接地技术，避免使用绕线技术进行面包板测试和评估。应将接地引脚直接连接到模拟接地平面，尽量减少引线长度。

旁路

为保证良好的性能，VCC和VREF引脚必须无噪声和纹波。使用至少1µF的钽电容将VCC和VREF引脚直接旁路到模拟接地平面，并尽量缩短旁路电容的引线。

模拟输入

由于采用电容重新分配A/D转换技术，模拟输入会产生电容性开关输入电流尖峰。当源电阻小于200Ω或使用高速运算放大器时，这些尖峰不会造成问题；但如果使用大源电阻或慢速运算放大器，需要确保电流尖峰引起的瞬态在转换开始前完全稳定。

七、相关产品对比

产品型号	采样率	功耗	封装	特点
LTC1860L/LTC1861L	150ksps	1.22mW	与LTC1864L/LTC1865L引脚兼容	12位串行I/O ADC
LTC1860/LTC1861	250ksps	4.25mW	与LTC1864/LTC1865引脚兼容	12位串行I/O ADC
LTC1417	400ksps	20mW	16 - Pin SSOP	14位串行I/O ADC，单极或双极，有参考，5V或±5V供电
LTC1418	200ksps	15mW	-	14位串行/并行I/O ADC，内部参考，5V或±5V供电
LTC1609	200ksps	65mW	-	16位串行I/O ADC，可配置双极或单极输入范围，5V供电
LTC1864/LTC1865	250ksps	4.25mW	MSOP、SO - 8	16位，1 - 和2 - 通道，5V供电

通过对比可以看出，LTC1864L/LTC1865L在低功耗和单3V供电方面具有明显优势，适合对功耗要求较高的应用场景。

在实际设计中，电子工程师需要根据具体的应用需求，综合考虑ADC的性能、功耗、接口等因素，选择最适合的产品。同时，在设计过程中要严格遵循设计注意事项，以确保电路的稳定性和可靠性。希望本文能为广大电子工程师在使用LTC1864L/LTC1865L时提供一些有益的参考。你在使用这类ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。