工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)信號(hào)采集的新選擇

　　凌力爾特公司推出了其首款 18 位 SAR ADC LTC2379-18，該器件兼具高分辨率 (18 位)、高速度 (1.6Msps)、高 SNR (101dB) 和低功耗 (18mW)，非常適合于高性能醫(yī)療、工業(yè)及汽車應(yīng)用的要求。

　　適用領(lǐng)域

　　典型的工業(yè)信號(hào)鏈路 (圖 1) 由傳感器 (用于監(jiān)視諸如壓力、溫度、電壓或電流等模擬輸入)、放大器和濾波器 (負(fù)責(zé)對(duì)輸入進(jìn)行放大和濾波)、ADC (用于將重要的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式) 以及數(shù)字信號(hào)處理器或微控制器 (負(fù)責(zé)處理數(shù)字信號(hào)) 組成。高準(zhǔn)確度系統(tǒng)需要使用高分辨率 ADC 來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行較為精細(xì)的數(shù)字化處理。另外，ADC 還必須要能在盡可能不增加信號(hào)鏈路噪聲的情況下快速完成轉(zhuǎn)換操作。LTC2379-18 的 18 位分辨率可提供系統(tǒng)所需的準(zhǔn)確度和分辨率，并實(shí)現(xiàn)采樣速率高達(dá) 1.6Msps 的高速運(yùn)作。該器件給信號(hào)鏈路帶來的噪聲或功耗的增加極少，并提供了這些系統(tǒng)所要求的單觸發(fā)轉(zhuǎn)換。

　　圖 1：工業(yè)信號(hào)鏈路

　　LTC2379-18 的獨(dú)特性何在? 是什么使其與市面上的其他同類產(chǎn)品截然不同?

　　LTC2379-18 是凌力爾特公司的首款 18 位 SAR ADC，該器件擁有無可比擬的 101dB SNR 性能以及突破性的全新數(shù)字增益壓縮功能。在一個(gè)具有 18 位和 16 位分辨率以及 250ksps至高達(dá) 2Msps 速度范圍的高性能 SAR ADC 系列中，LTC2379-18 是旗艦產(chǎn)品。同類競(jìng)爭(zhēng)的 18 位 2Msps SAR ADC 在其最大采樣速率下具有一個(gè)延遲周期，這意味著第一次轉(zhuǎn)換包含無意義的數(shù)據(jù)且應(yīng)忽略。與 1.6Msps 的 LTC2379-18 相比，它們事實(shí)上是 1.5Msps 無延遲的 18 位 SAR ADC。

　　無與倫比的性能

　　LTC2379-18 的 101dB SNR 比最為接近的同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品高出 4dB，從而使其成為市場(chǎng)上性能最佳的 18 位 SAR ADC，采樣速率可達(dá) 1.6Msps。高 SNR 為信號(hào)處理鏈路提供了更加寬廣的動(dòng)態(tài)范圍和更大的噪聲裕量，因而有助于放寬系統(tǒng)設(shè)計(jì)限制。圖 2 示出了 LTC2379-18 的 FFT 曲線圖 (工作于 18 位分辨率和 1.6Msps 采樣速率)。該高速 SAR ADC 的極低噪聲層在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了異常出色的靈活性。多個(gè)相互抵觸的因素影響著 ADC 的設(shè)計(jì)，而且通常需要在 ADC 噪聲與速度指標(biāo)之間進(jìn)行權(quán)衡取舍。相比于較高速度的 ADC，速度較低的 ADC 往往能夠保持較低的操作噪聲。LTC2379-18 實(shí)現(xiàn)了高速度和高性能并提升了 SAR ADC 的標(biāo)準(zhǔn)，從而將有助于設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出先前并不可行的系統(tǒng)。

　　圖 2：LTC2379-18 的 FFT 曲線圖

　　解讀數(shù)字增益壓縮

　　傳統(tǒng)的高分辨率 SAR ADC 信號(hào)鏈路常常要求 ADC 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行單端輸入至差分輸出的轉(zhuǎn)換，旨在拓展動(dòng)態(tài)范圍。這些 ADC 驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)正電源和負(fù)電源來供電，其中負(fù)電源必需在驅(qū)動(dòng)器中維持優(yōu)良的失真性能，這是因?yàn)檩敵鼍w管需要幾十 mV 的電壓以保持高線性度。負(fù)電源軌不僅消耗功率，而且其產(chǎn)生以及在整個(gè) PCB 上的布線都很麻煩。面對(duì)這些限制條件，具功耗意識(shí)的設(shè)計(jì)一般通過衰減輸入信號(hào)來免除驅(qū)動(dòng)器的負(fù)電源。通過零標(biāo)度和全標(biāo)度代碼的延遲，這些設(shè)計(jì)降低了對(duì) ADC 驅(qū)動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。然而，在諸如控制系統(tǒng)等多種應(yīng)用中，失去在靠近轉(zhuǎn)移函數(shù)邊界的地方生成代碼的能力可能會(huì)帶來不便，因?yàn)樵撔畔⒖梢允呛苤匾⒂糜跈z測(cè)超出調(diào)節(jié)范圍的狀況。

　　圖 3：數(shù)字增益壓縮功能

　　為了克服上述的基本限制，LTC2379-18系列配備了一種獨(dú)特的數(shù)字增益壓縮 (DGC) 功能。當(dāng)啟用時(shí)，ADC 將執(zhí)行一種數(shù)字定標(biāo)功能，把零標(biāo)度代碼從 0V 變換至 0.1 * VREF，并把全標(biāo)度代碼從 VREF 變換至 0.9 * VREF。對(duì)于 5V 的典型基準(zhǔn)電壓，輸入范圍將為 0.5V 至 4.5V，這為從單 5V 電源來給驅(qū)動(dòng)放大器供電提供了足夠的空間。如圖 3 所示，DGC 功能允許 ADC 產(chǎn)生包括零標(biāo)度和全標(biāo)度在內(nèi)的所有代碼 (例如：對(duì)于一個(gè) 18 位 ADC，共有218 = 262,144 個(gè)代碼)，同時(shí)降低對(duì) ADC 驅(qū)動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。