LTC2337-18：高性能18位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模数转换器（ADC）如同桥梁，连接着模拟世界和数字世界。今天，我们来深入探讨Linear Technology公司的一款明星产品——LTC2337 - 18 18位ADC，看看它在高性能应用中能带来怎样的惊喜。

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一、产品概述

LTC2337 - 18是一款低噪声、高速的18位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，采用单5V电源供电，具有±10.24V的真双极性输入范围。这一特性使其在需要宽动态范围的高压应用中表现出色，比如可编程逻辑控制器、工业过程控制、高速数据采集、便携式或紧凑型仪器以及自动测试设备（ATE）等领域。

二、产品特性亮点

高精度与高速度

• 高分辨率：18位分辨率确保了精确的数据转换，保证18位无失码，最大积分非线性误差（INL）为±4LSB，能满足高精度测量的需求。
• 高速转换：拥有500ksps的吞吐量，且无周期延迟，非常适合高速应用场景。

出色的动态性能

• 高信噪比：在(f_{IN}=2kHz)时，典型信噪比（SNR）可达100dB，总谐波失真（THD）低至 - 115dB，能有效减少噪声干扰，提高信号质量。

灵活的输入范围

支持±6.25V、±10.24V、±12.5V三种真双极性输入范围，可根据不同的应用需求进行选择。

低功耗设计

• 低静态功耗：典型功耗仅35mW，在转换之间自动进入睡眠模式，功耗与采样率成比例降低，还提供睡眠模式，可将功耗降至300μW，非常适合对功耗敏感的应用。

丰富的接口特性

• SPI兼容接口：支持1.8V、2.5V、3.3V和5V逻辑，还具备菊花链模式，方便多通道系统的设计。
• 内部转换时钟：内部振荡器设定转换时间，减轻了外部时序设计的负担。

三、电气特性分析

输入特性

• 模拟输入：具有全差分输入，输入电容为5pF，输入电阻为2.083kΩ，输入共模抑制比（CMRR）在(f_{IN}=250kHz)时可达67dB，能有效抑制共模干扰。
• 输入范围：绝对输入范围（IN + ）和（IN - ）为 - 2.5 • VREFBUF - 0.25V至2.5 • VREFBUF + 0.25V，输入差分电压范围为 - 5 • VREFBUF至5 • VREFBUF。

转换特性

• 分辨率：18位分辨率保证了高精度的数据转换。
• 线性误差：积分线性误差（INL）最大为±4LSB，差分线性误差（DNL）最大为±1LSB，确保了转换的线性度。

动态精度

在不同输入范围和频率下，都能保持出色的动态性能，如在±10.24V范围、(f_{IN}=2kHz)、REFIN = 2.048V时，SINAD可达95 - 100dB，SNR可达96 - 100dB。

内部参考特性

• 内部参考输出电压：典型值为2.048V，温度系数最大为20ppm/°C，输出阻抗为15kΩ。
• 参考缓冲器：输出电压典型值为4.096V，输入电压范围为2.5 - 5V，输出阻抗为13kΩ。

数字输入输出特性

• 数字输入：高电平输入电压为0.8 • OVDD，低电平输入电压为0.2 • OVDD，输入电流范围为 - 10 - 10μA。
• 数字输出：高电平输出电压为OVDD - 0.2V，低电平输出电压为0.2V，输出漏电流范围为 - 10 - 10μA。

电源要求

• 供电电压：VDD范围为4.75 - 5.25V，OVDD范围为1.71 - 5.25V。
• 电源电流：在500ksps采样率下，典型供电电流为7mA，睡眠模式电流为60μA。

四、引脚功能详解

• DDLBYP（Pin 1）：2.5V电源旁路引脚，需用2.2μF陶瓷电容旁路到地。
• VDD（Pin 2）：5V电源，范围为4.75 - 5.25V，用10μF陶瓷电容旁路到地。
• GND（Pins 3, 6 and 16）：接地引脚。
• IN +, IN - （Pins 4, 5）：正负差分模拟输入，典型输入范围为±10.24V。
• REFBUF（Pin 7）：参考缓冲器输出，标称输出4.096V，需用47μF陶瓷电容去耦。
• REFIN（Pin 8）：参考输出/参考缓冲器输入，标称输出2.048V，需用100nF陶瓷电容旁路到地。
• CNV（Pin 9）：转换输入，上升沿启动新的转换。
• CHAIN（Pin 10）：菊花链模式选择引脚，控制工作模式。
• BUSY（Pin 11）：忙指示引脚，转换开始时变高，结束时变低。
• RDL/SDI（Pin 12）：根据CHAIN引脚状态，作为总线使能输入或串行数据输入。
• SCK（Pin 13）：串行数据时钟输入，用于数据移位。
• SDO（Pin 14）：串行数据输出，以2’s补码格式输出转换结果。
• OVDD（Pin 15）：I/O接口数字电源，范围为1.71 - 5.25V，用0.1μF电容旁路到地。

五、应用信息

转换器操作

LTC2337 - 18的工作分为采集和转换两个阶段。在采集阶段，电荷再分配电容D/A转换器（CDAC）连接到输入引脚驱动的电阻分压器网络输出，采样差分模拟输入电压的衰减和电平偏移版本。CNV引脚的上升沿启动转换，在转换阶段，18位CDAC通过逐次逼近算法，将采样输入与参考电压的二进制加权分数进行比较，最终输出近似采样模拟输入的数字代码。

模拟输入处理

• 输入驱动电路：低阻抗源可直接驱动LTC2337 - 18的高阻抗输入，高阻抗源则需缓冲，以减少采集期间的建立时间并优化ADC的失真性能。推荐使用缓冲放大器，它能提供低输出阻抗，减少增益误差，实现快速信号建立，并隔离信号源和ADC输入。
• 输入滤波：为了最小化噪声，应在缓冲放大器输入前对噪声输入信号进行低带宽滤波，简单的1 - 极RC低通滤波器通常就足够了。同时，要选择低噪声密度的缓冲放大器，以减少SNR的下降。
• 单端到差分转换：对于单端输入信号，可使用单端到差分转换电路，如LT1469高速双运算放大器，将单端信号转换为差分信号。
• 全差分输入：为了实现LTC2337 - 18的全失真性能，可使用LT1469配置为两个单位增益缓冲器，驱动低失真的全差分信号源。

ADC参考设置

有三种提供ADC参考的方式：

• 内部参考与内部缓冲器：使用内部低噪声、低漂移的带隙参考和参考缓冲器，输入范围为±10.24V。
• 外部参考与内部缓冲器：通过外部参考源驱动REFIN引脚，可获得更精确和低漂移的参考电压，输入范围为±5 • REFIN。
• 外部参考无缓冲：禁用内部参考缓冲器，用外部参考源驱动REFBUF引脚，输入范围为±6.25V至±12.5V。

六、总结

LTC2337 - 18凭借其高精度、高速度、低功耗和灵活的接口特性，在众多应用领域展现出强大的竞争力。无论是在工业控制、数据采集还是便携式设备中，它都能为工程师提供可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输入范围、参考设置和输入驱动电路，以充分发挥LTC2337 - 18的性能优势。大家在使用这款ADC时，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。