深入解析 LTC2411/LTC2411 - 1 24 位无延迟 ∆Σ ADC

在电子设计领域，高精度的模拟 - 数字转换器（ADC）是实现精确数据采集的关键组件。LTC2411/LTC2411 - 1 作为 Linear Technology 公司推出的 24 位无延迟 ∆Σ ADC，凭借其卓越的性能和灵活的特性，在众多应用场景中得到了广泛应用。今天，我们就来深入探讨一下这款 ADC 的特点、性能以及应用。

文件下载：LTC2411.pdf

一、器件概述

LTC2411/LTC2411 - 1 是一款工作电压范围在 2.7V 至 5.5V 的微功耗 24 位差分 ∆Σ 模数转换器。它集成了振荡器，具有 2ppm 的积分非线性（INL）和 0.29ppm 的均方根（RMS）噪声。采用 delta - sigma 技术，为多路复用应用提供单周期稳定时间。

主要特性

1. 高精度：24 位分辨率，无丢失码，2ppm INL，4ppm 满量程误差和 1ppm 偏移，确保了高精度的数据转换。
2. 低功耗：转换模式下仅 200µA 电流，自动睡眠模式下仅 4µA 电流，适合低功耗应用。
3. 灵活的参考电压：可接受 0.1V 至 (V_{CC}) 的外部差分参考电压，支持灵活的比例测量和远程传感配置。
4. 出色的抗干扰能力：LTC2411 可在 50Hz 或 60Hz ±2% 实现优于 110dB 的差模抑制；LTC2411 - 1 在 49Hz 至 61.2Hz 范围内提供优于 87dB 的输入差模抑制。
5. 无延迟：数字滤波器单周期稳定，每次转换都准确，即使在输入阶跃后也是如此。
6. 简单易用：通过兼容 SPI 和 MICROWIRE 协议的 3 线数字接口进行通信，操作方便。

二、性能参数分析

电气特性

1. 分辨率：在 0.1V ≤ (V{REF}) ≤ (V{CC})，–0.5 • (V{REF}) ≤ (V{IN}) ≤ 0.5 • (V_{REF}) 条件下，分辨率为 24 位，保证了高精度的数据转换。
2. 积分非线性（INL）：在不同的电源电压和参考电压条件下，INL 表现出色，如在 4.5V ≤ (V{CC}) ≤ 5.5V，(REF^+) = 2.5V，(REF^-) = GND，(V{INCM}) = 1.25V 时，INL 为 14ppm (V_{REF})。
3. 偏移误差：偏移误差较小，典型值为 2µV，且偏移误差漂移也较小，为 20nV/°C，保证了数据的准确性。
4. 噪声性能：输出噪声在 5V ≤ (V{CC}) ≤ 5.5V，(REF^+) = 5V，(V{REF}^-) = GND，GND ≤ (IN^-) = (IN^+) ≤ 5V 条件下，典型值为 1.45µVRMS。

输入输出特性

1. 模拟输入和参考：模拟输入为真正的差分输入，(IN^+) 和 (IN^-) 的绝对/共模电压范围为 GND – 0.3V 至 (V{CC}) + 0.3V，输入差分电压范围为 –(V{REF})/2 至 (V{REF})/2。参考电压范围为 0.1V 至 (V{CC})，(REF^+) 和 (REF^-) 的绝对/共模电压也有相应的范围要求。
2. 数字输入和输出：数字输入接受标准 TTL/CMOS 逻辑电平，内部迟滞接收器可容忍慢至 100µs 的边沿速率。数字输出在不同条件下有相应的电压和电流特性，如高电平输出电压、低电平输出电压等。

电源要求

电源电压范围为 2.7V 至 5.5V，转换模式下电源电流为 200µA，睡眠模式下电源电流为 4µA，在 CS = (V{CC}) 且 2.7V ≤ (V{CC}) ≤ 3.3V 时，睡眠模式电流为 2µA。

时序特性

外部振荡器频率范围为 2.56kHz 至 500kHz，不同模式下的转换时间和数据输出时间也有相应的规定。例如，在内部振荡器模式下，LTC2411 在 60Hz 抑制时转换时间为 133.53ms，LTC2411 - 1 在同时 50Hz/60Hz 抑制时转换时间为 146.71ms。

三、应用信息

转换器操作

LTC2411/LTC2411 - 1 的操作由转换、低功耗睡眠和数据输出三个状态组成。转换完成后进入睡眠状态，可降低功耗。当 CS 引脚拉低时，开始输出转换结果，数据输出无延迟，与刚完成的转换对应。

频率拒绝选择

LTC2411 可通过 FO 引脚选择 50Hz 或 60Hz 抑制，也可使用外部转换时钟实现不同的拒绝频率。LTC2411 - 1 内部振荡器在 49Hz 至 61.2Hz 范围内提供优于 87dB 的正常模式抑制，FO 引脚连接 GND 可实现同时 50Hz/60Hz 抑制。

串行接口时序模式

该 ADC 提供多种串行接口时序模式，包括外部串行时钟单周期操作、外部串行时钟 2 线 I/O、内部串行时钟单周期操作和内部串行时钟 2 线 I/O 连续转换模式。每种模式都有其特点和适用场景，用户可根据实际需求选择。

保持转换器精度

为了保持转换器的高精度，需要注意数字信号电平、输入和参考的驱动、输入电流、参考电流、输出数据速率、输入带宽以及正常模式抑制和抗混叠等方面。例如，数字输入信号应驱动到全 CMOS 电平，以减少电源电流；输入和参考引脚的源阻抗应根据采样周期进行合理选择，以确保采样精度。

四、应用案例

桥接应用

在应变计桥接应用中，LTC2411/LTC2411 - 1 可用于精确测量微小信号。由于其高精度和低功耗特性，适合用于称重系统、传感器测量等领域。通过合理的电路设计，如使用放大器进行信号放大、采用相关双采样技术抑制噪声等，可以提高测量的准确性和稳定性。

远程半桥接口

对于远程半桥应用，如 RTD、热敏电阻等电阻性元件的测量，LTC2411/LTC2411 - 1 可以接受高达 1/2 (V_{REF}) 的输入，通过合理设置参考电阻和滤波电路，可以消除半桥输出的非线性，提高测量精度。

五、总结

LTC2411/LTC2411 - 1 24 位无延迟 ∆Σ ADC 以其高精度、低功耗、灵活的特性和出色的抗干扰能力，为电子工程师提供了一个优秀的选择。在实际应用中，通过合理设计电路、注意保持转换器精度等方面，可以充分发挥其性能优势，实现精确的数据采集和处理。你在使用 LTC2411/LTC2411 - 1 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。