深入解析 LTC2353 - 18：高性能 18 位 ADC 的卓越之选

在电子设计领域，ADC（模拟 - 数字转换器）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。今天，我们就来详细探讨一款性能卓越的 18 位 ADC——LTC2353 - 18。

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一、LTC2353 - 18 概述

LTC2353 - 18 是一款 18 位、低噪声的 2 通道同时采样逐次逼近寄存器（SAR）ADC，具备缓冲差分、宽共模范围皮安输入的特点。它采用 5V 低压电源和灵活的高压电源供电，集成了低漂移参考和缓冲器（VREFBUF 标称值为 4.096V），两个通道可以在每次转换时独立配置，以接受 ±10.24V、0V 至 10.24V、±5.12V 或 0V 至 5.12V 的信号。若将外部 5V 参考源接入，输入信号范围可扩展至 ±12.5V。此外，还可以禁用一个通道来提高另一个通道的吞吐量。

二、关键特性剖析

2.1 采样与吞吐量

LTC2353 - 18 能够同时对 2 个通道进行采样，每个通道的吞吐量可达 550ksps。在 85°C 时，最大输入泄漏电流为 500pA；在 125°C 时，最大输入泄漏电流为 12nA。这一特性使得它在不同温度环境下都能保持稳定的性能。

2.2 精度表现

它的积分非线性（INL）最大为 ±3.5LSB（在 ±10.24V 范围内），并且保证 18 位无漏码。在 (f{IN}=2kHz) 时，单转换信噪比（SNR）典型值为 96.4dB，总谐波失真（THD）典型值为 - 110dB；在 (f{IN}=200Hz) 时，共模抑制比（CMRR）典型值为 124dB。这些高精度指标使得它在对精度要求较高的应用中表现出色。

2.3 输入范围灵活性

该 ADC 具有每个通道的软量程（SoftSpan）输入范围，包括 ±10.24V、0V 至 10.24V、±5.12V、0V 至 5.12V、±12.5V、0V 至 12.5V、±6.25V、0V 至 6.25V 等多种选择，能够适应不同的信号输入需求。

2.4 接口与功耗

支持引脚可选的 SPI CMOS（1.8V 至 5V）和 LVDS 串行接口，方便与不同的设备进行通信。内部转换时钟无周期延迟，典型功耗为 162mW，采用 48 引脚（7mm x 7mm）LQFP 封装，节省电路板空间。

三、工作原理与应用

3.1 转换操作

LTC2353 - 18 的工作分为采集和转换两个阶段。在采集阶段，两个通道的采样保持（S/H）电路中的采样电容连接到各自的模拟输入缓冲器，跟踪差分模拟输入电压（VIN+ - VIN -）。当 CNV 引脚出现上升沿时，两个通道的 S/H 电路从跟踪模式转换到保持模式，同时对两个通道的输入信号进行采样并启动转换。在转换阶段，两个通道的采样电容依次连接到一个 18 位电荷再分配电容 D/A 转换器（CDAC），通过逐次逼近算法将采样的输入电压与通道软量程满量程范围的二进制加权分数进行比较。最后，ADC 控制逻辑准备好每个通道的 18 位数字输出代码进行串行传输。

3.2 传输函数

LTC2353 - 18 将每个通道的满量程电压范围数字化为 (2^{18}) 个级别。通道的软量程配置决定了其输入电压范围、满量程范围、LSB 大小以及转换结果的二进制格式。对于双极性软量程范围，转换结果以补码二进制格式输出；对于单极性软量程范围，转换结果以直二进制格式输出。

3.3 缓冲模拟输入

每个通道能够在宽共模输入范围内同时采样其模拟输入引脚之间的电压差（VIN+ - VIN -），并通过 ADC 的共模抑制比（CMRR）衰减两个输入引脚上的共模信号。宽共模输入范围和高 CMRR 使得 IN +/IN - 模拟输入能够以任意关系摆动，只要两个引脚的电压保持在（VEE + 4V）和（VCC - 4V）之间。这一特性使得它能够接受各种类型的信号，简化了信号链设计。

3.4 输入驱动电路

CMOS 缓冲输入级提供了高度的瞬态隔离。大多数阻抗小于 10kΩ 的传感器、信号调理放大器和滤波网络可以直接驱动 3pF 的模拟输入电容。对于高阻抗和慢稳定电路，可以在引脚处添加 680pF 电容以保持 LTC2353 - 18 的全直流精度。此外，它的高输入阻抗使得可以添加具有 kΩ 阻抗和任意慢时间常数的 RC 滤波器用于抗混叠或其他目的。

3.5 输入过驱动容限

在任何通道上，将模拟输入驱动到 VCC 以上最多 10mA 不会影响其他通道的转换结果。但将模拟输入驱动到 VEE 以下可能会破坏其他通道的转换结果。该产品能够处理高达 100mA 的输入电流而不会发生闩锁。

3.6 参考配置

LTC2353 - 18 支持三种参考配置：

• 内部参考与内部缓冲器：片上低噪声、低漂移（最大 20ppm/°C）、温度补偿的带隙参考输出 2.048V，通过 20kΩ 电阻连接到 REFIN 引脚，参考缓冲器将 VREFIN 放大为 VREFBUF = 2 • VREFIN，标称值为 4.096V。
• 外部参考与内部缓冲器：如果需要更高的精度和更低的漂移，可以用外部参考源驱动 REFIN 引脚，有效范围为 1.25V 至 2.2V，从而使 VREFBUF 在 2.5V 至 4.4V 之间。
• 外部参考与禁用内部缓冲器：通过将 REFIN 引脚接地，可以禁用内部缓冲器，用 2.5V 至 5V 的外部参考电压驱动 REFBUF 引脚。

3.7 动态性能

采用快速傅里叶变换（FFT）技术测试 ADC 的频率响应、失真和噪声。在 550ksps 采样率下，对于 ±10.24V 范围的 2kHz 真双极性输入信号，典型的信号 - 噪声和失真比（SINAD）为 96.2dB，信号 - 噪声比（SNR）为 96.3dB，总谐波失真（THD）为 - 111dB。

3.8 功耗考虑

LTC2353 - 18 需要四个电源：正高压电源（VCC）、负高压电源（VEE）、5V 核心电源（VDD）和数字输入/输出（I/O）接口电源（OVDD）。只要满足 10V ≤ VCC - VEE ≤ 38V 的电压差限制，VCC 和 VEE 可以在各自允许的工作范围内独立偏置，包括 VEE 可以直接接地。灵活的 OVDD 电源允许它与 1.8V 至 5V 的 CMOS 逻辑进行通信。

3.9 时序与控制

• CNV 时序：CNV 引脚的上升沿控制采样和转换，将两个通道的 S/H 电路从跟踪模式转换到保持模式并启动转换。BUSY 输出指示转换状态，转换开始时 BUSY 从低电平变为高电平，转换完成后变为低电平。
• 内部转换时钟：内部时钟经过调整，在启用 N 个通道时，最大转换时间为 550 • N ns。当同时转换两个通道时，最小采集时间为 685ns，保证了 550ksps 的吞吐量。
• 休眠模式：转换完成后，可以将 LTC2353 - 18 置于休眠模式以降低功耗。通过在转换之间保持 CNV 为高电平来启用休眠模式，进入休眠模式后，要启动新的转换，需将 CNV 置低并保持至少 750ns 后再置高。
• 掉电模式：当 PD 引脚置高时，LTC2353 - 18 进入掉电模式，后续的转换请求将被忽略。掉电模式下，设备仅消耗少量的调节器待机电流，典型功耗为 0.60mW。
• 复位时序：通过两次将 PD 引脚置高而中间不进行转换，可以执行全局复位，相当于上电复位事件。

3.10 数字接口

LTC2353 - 18 具有 CMOS 和 LVDS 串行接口，可通过 LVDS/CMOS 引脚选择。在 CMOS 模式下，应用程序可以使用一或两个串行数据输出通道，优化总线宽度和数据吞吐量。在 LVDS 模式下，信息通过正负信号对（LVDS +/LVDS -）传输，采用差分编码。

四、应用领域

4.1 可编程逻辑控制器（PLC）

在 PLC 中，LTC2353 - 18 可以用于精确采集各种模拟信号，如温度、压力、电流等，为控制系统提供准确的数据。

4.2 工业过程控制

在工业生产过程中，对各种参数的精确测量和控制至关重要。LTC2353 - 18 的高精度和宽输入范围使其能够满足工业过程控制中的各种信号采集需求。

4.3 电力线监测

电力线监测需要对电压、电流等信号进行高精度测量，LTC2353 - 18 的高性能可以确保准确监测电力线的运行状态。

4.4 测试与测量

在测试与测量设备中，LTC2353 - 18 可以用于对各种信号进行精确测量和分析，为测试结果提供可靠的数据支持。

五、总结

LTC2353 - 18 以其卓越的性能、灵活的配置和广泛的应用场景，成为电子工程师在设计高性能 ADC 系统时的理想选择。无论是在精度要求较高的工业应用中，还是在对信号处理要求严格的测试测量领域，它都能发挥出出色的作用。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择参考配置、输入驱动电路和时序控制，以充分发挥 LTC2353 - 18 的优势。大家在使用 LTC2353 - 18 过程中遇到过哪些问题呢？或者对它的应用还有哪些疑问？欢迎在评论区交流讨论。