探索LM12454/LM12458/LM12H458：12位+符号自校准数据采集系统

在电子设计领域，数据采集系统是连接现实世界与数字世界的桥梁，其性能直接影响到整个系统的精度和可靠性。今天，我们将深入探讨National Semiconductor推出的LM12454、LM12458和LM12H458这三款12位+符号自校准数据采集系统，看看它们有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：LM12H458CIVF.pdf

一、产品概述

LM12458和LM12H458是高度集成的数据采集系统，仅需5V电源即可工作。它们将一个全差分自校准（校正线性度和零误差）的13位（12位+符号）模数转换器（ADC）和采样保持（S/H）功能与丰富的模拟和数字功能相结合。内部的32字（16位宽）FIFO数据缓冲区可存储多达32次连续转换结果，采用二进制补码格式。此外，内部的8字RAM可通过LM12(H)458的八输入多路复用器存储多达八次采集的转换序列。而已经停产的LM12454则具有四通道多路复用器、差分多路复用器输出和差分S/H输入。

LM12(H)458还支持8位+符号分辨率，并具备“看门狗”监控模式，可将输入信号与两个可编程限值进行比较。通过内部时钟驱动的定时器，还能实现可编程的采集时间和转换速率。参考电压输入可以外部生成，用于绝对或比例操作，也可以使用内部2.5V带隙参考。

二、关键规格

1. 分辨率

支持12位+符号或8位+符号分辨率。

2. 转换时间

• 13位转换时间：8.8µs（LM12454/8），5.5µs（LM12H458，最大值）。
• 9位转换时间：4.2µs（LM12454/8），2.6µs（LM12H458，最大值）。

  3. 吞吐量

• 13位吞吐量：88k样本/秒（LM12454/8，最小值），140k样本/秒（LM12H458，最小值）。

  4. 比较时间（“看门狗”模式）

  2.2µs（LM12454/8，最大值），1.4µs（LM12H458，最大值）。

  5. 积分线性误差（ILE）

  ±1 LSB（最大值）。

  6. 输入电压范围

  GND到(V_{A}^{+})。

  7. 功耗

  30mW（LM12454/8，最大值），34mW（LM12H458，最大值）。

  8. 待机模式

  50µW（典型值）。

  9. 电源

  单电源3V到5.5V。

三、产品特性

1. 三种工作模式

支持12位+符号、8位+符号和“看门狗”三种工作模式，满足不同应用场景的需求。

2. 输入方式

支持单端或差分输入，提供了更大的灵活性。

3. 内置功能

内置采样保持和2.5V带隙参考，减少了外部元件的使用，简化了设计。

4. 事件控制

具备指令RAM和事件序列器，可实现复杂的采集和转换序列。

5. 多路复用器

8通道多路复用器可同时处理多个输入信号。

6. 数据存储

32字转换FIFO可存储转换结果，方便后续处理。

7. 可编程特性

可编程的采集时间和转换速率，可根据实际需求进行调整。

8. 校准与诊断

支持自校准和诊断模式，提高了系统的精度和可靠性。

9. 接口兼容性

提供8位或16位宽数据总线的微处理器或DSP接口，方便与其他设备连接。

四、应用领域

1. 数据记录

可用于采集和记录各种传感器数据，如温度、压力、湿度等。

2. 仪器仪表

在各种测量仪器中，提供高精度的数据采集功能。

3. 过程控制

实时采集过程变量，实现对工业过程的精确控制。

4. 能源管理

监测能源消耗和分配，优化能源使用效率。

5. 惯性制导

在航空航天和军事领域，用于惯性导航系统的数据采集。

五、订购信息

保证时钟频率（最小值）	订购零件编号	NS封装
8 MHz	LM12H458CIV、LM12H458CIVX、LM12H458CIVF	V44A（PLCC）、V44A（PLCC）（卷带）、VGZ44A（PQFP）
	LM12454CIV *	V44A（PLCC）
5 MHz	LM12458CIV、LM12458CIVX、LM12458CIVF *	V44A（PLCC）、V44A（PLCC）（卷带）、VGZ44A（PQFP）

注：标有*的产品已停产，仅作参考。

六、电气特性

1. 绝对最大额定值

包括电源电压、输入输出引脚电压、输入电流、功耗、存储温度等参数，使用时需严格遵守，以确保器件的安全。

2. 工作额定值

规定了正常工作时的电压、温度等范围，保证系统的稳定运行。

3. 转换器特性

涵盖了积分线性误差、总未调整误差、分辨率、差分非线性等直流特性，以及转换时间、采集时间、自动归零时间等交流特性。

4. 内部参考特性

内部参考输出电压、温度系数、负载调节等参数，影响着系统的精度。

5. 数字特性

包括逻辑输入输出电压、电流、电容等，以及数字时序特性，确保与其他数字设备的兼容性。

七、典型性能曲线

文档中给出了一系列典型性能曲线，如线性误差随时钟频率、参考电压、温度和电源电压的变化，满量程误差随时钟频率、参考电压和电源电压的变化，零误差随时钟频率、温度、参考电压和电源电压的变化，以及电源电流随时钟频率和温度的变化等。这些曲线有助于工程师在不同工作条件下评估器件的性能。

八、总结

LM12454/LM12458/LM12H458数据采集系统以其高度集成、高性能、低功耗和灵活的特性，为电子工程师提供了一个强大的工具。无论是在工业控制、仪器仪表还是其他领域，都能发挥重要作用。在实际设计中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并注意其电气特性和工作条件，以确保系统的稳定和可靠。你在使用这类数据采集系统时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。