探索LTC1197/LTC1197L/LTC1199/LTC1199L ADC：高性能与低功耗的完美结合

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，我们将深入探讨Linear Technology公司的LTC1197/LTC1197L/LTC1199/LTC1199L这几款10位ADC，看看它们在性能、功耗和应用方面有哪些独特之处。

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1. 器件概述

LTC1197/LTC1197L/LTC1199/LTC1199L是10位的开关电容A/D转换器，采样率最高可达500kHz。它们有2.7V（L）和5V两种版本，采用8引脚的MSOP和SO封装。在全速运行时，功耗极低，2.7V时典型功耗仅为2.2mW，5V时为25mW。而且，随着采样率的降低，自动关机功能可线性降低功耗。

2. 产品特性

• 封装与分辨率：提供8引脚的MSOP和SO封装，小巧便携。具备10位分辨率，采样率可达500ksps，能满足大多数高速数据采集需求。
• 电源与功耗：支持单电源供电，可选择5V或3V。在全速运行时，功耗表现出色，如2.7V时典型功耗仅2.2mW，5V时为25mW。自动关机功能可根据采样率线性降低功耗，适合低功耗或电池供电的设备。
• 接口兼容性：SPI和MICROWIRE™兼容的串行I/O，方便与微处理器和其他外部电路连接，无需额外的胶合逻辑。
• 成本优势：价格低廉，具有较高的性价比，降低了设计成本。

3. 技术参数

3.1 绝对最大额定值

参数	数值
电源电压（VCC）	12V
功率耗散	500mW
存储温度范围	–65°C 至 150°C
模拟输入	GND – 0.3V 至 VCC + 0.3V
数字输入	GND – 0.3V 至 12V
数字输出	GND – 0.3V 至 VCC + 0.3V

3.2 推荐工作条件

不同电源电压下，时钟频率、总周期时间、采样时间等参数有所不同。例如，5V供电时，时钟频率范围为0.05 - 7.2MHz；2.7V供电时，时钟频率范围为0.01 - 3.5MHz。

3.3 转换器和多路复用器特性

包括偏移误差、线性误差、增益误差等指标，在不同电源电压和参考电压下表现稳定。如在5V电源和5V参考电压下，偏移误差典型值为±2 LSB，线性误差典型值为±1 LSB。

3.4 动态精度

在不同输入信号频率下，信号与噪声加失真比（S/(N + D)）、总谐波失真（THD）等指标表现良好。例如，5V电源和5V参考电压下，100kHz输入信号的S/(N + D)典型值为60dB，THD典型值为 - 64dB。

4. 引脚功能与框图

• 引脚功能
  • CS（引脚1）：芯片选择输入，低电平使能，高电平激活电源关机。
  • +IN, CH0（引脚2）和 –IN, CH1（引脚3）：模拟输入，需无噪声。
  • GND（引脚4）：模拟地，应直接连接到模拟接地平面。
  • VREF（引脚5）：LTC1197/LTC1197L的参考输入，定义A/D转换器的跨度。
  • (D_{IN })（引脚5）：LTC1199/LTC1199L的数字数据输入，用于输入配置字。
  • DOUT（引脚6）：数字数据输出，输出A/D转换结果。
  • CLK（引脚7）：移位时钟，同步串行数据传输。
  • (v_{c c})（引脚8）：正电源，需无噪声和纹波。
• 框图：包含10位开关电容ADC、采样保持器和串行端口，不同型号在输入和参考配置上有所差异。

5. 串行接口与数据传输

• 接口类型：LTC1199/LTC1199L采用4线同步半双工串行接口，LTC1197/LTC1197L采用3线接口，均与SPI和MICROWIRE协议兼容。
• 数据传输过程：数据传输由下降沿的片选信号（(overline{CS})）启动。LTC1199/LTC1199L先接收输入数据，再发送A/D转换结果；LTC1197/LTC1199L不需要配置输入字。转换结束后，将CS置高可复位设备并最小化电源电流。

6. 应用信息

6.1 实现微功耗性能

通过利用转换之间的自动关机功能，可实现真正的微功耗性能。需注意将CS引脚在低电平时拉到地，高电平时拉到(V_{CC})，以获得最低的电源电流。同时，尽量减少CS低电平时间，降低数字输出的电容负载，选择较低的电源电压。

6.2 非5V电源操作

不同型号适用于不同的电源电压范围，使用非5V电源时，需注意旁路电容的选择、输入逻辑电平的变化、时钟频率的调整以及混合电源的接口问题。

6.3 电路板布局考虑

采用模拟接地平面和单点接地技术，将GND引脚直接连接到接地平面，(V_{CC})引脚通过短引线的1µF钽电容旁路到接地平面。模拟输入应直接参考单点接地，数字输入和输出应与参考和模拟电路屏蔽或远离。

6.4 采样保持功能

内置采样保持（S/H）功能，LTC1197/LTC1197L在(t_{SMPL})时间内采集“+”输入相对于“–”输入的信号；LTC1199/LTC1199L可采集“+”输入相对于地、“–”输入相对于地以及“+”输入相对于“–”输入的信号。

6.5 模拟输入

模拟输入存在电容性开关输入电流尖峰，源电阻应小于200Ω或使用高速运算放大器，以确保转换前瞬态电流尖峰完全稳定。同时，要注意“+”和“–”输入的稳定时间，可通过减小源电阻和电容、降低时钟频率等方法改善。

6.6 参考输入

LTC1197/LTC1197L的参考输入电压定义A/D转换器的电压跨度，操作时需考虑偏移、噪声和转换速度等因素。可使用输入分压器，但要确保参考输入在时钟运行的位时间内稳定。

7. 典型应用

• 微处理器接口：可直接与大多数流行的微处理器同步串行格式接口，如Motorola的MC68HC05C4、Intel的8051等。文中给出了具体的接口示例和代码。
• 快速查看电路：通过简单电路可快速查看LTC1197的功能和时序，输出数据可在示波器上观察。
• 电阻式触摸屏接口：LTC1199可用于4线电阻式触摸屏应用，通过2通道多路复用器数字化各轴电压，并通过串行接口将转换结果传输到系统处理器。
• 电池电流监测：LTC1197L/LTC1199L适用于3V系统的电池电流监测，功耗低，可自动关机，延长电池寿命。

8. 相关部件

文中还列出了一系列相关的ADC和低功率参考器件，方便工程师在设计时进行选择和搭配。

总之，LTC1197/LTC1197L/LTC1199/LTC1199L ADC以其高性能、低功耗和丰富的应用场景，为电子工程师提供了一个优秀的选择。在实际设计中，工程师们可以根据具体需求，充分发挥这些器件的优势，实现更加高效、稳定的电路设计。你在使用这些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。