深入解析 LTC2372 - 18：18 位 500ksps 8 通道 SAR ADC 的卓越性能与应用

引言

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们要详细探讨 Linear Technology 公司的 LTC2372 - 18，一款低噪声、高速、高度可配置的 8 通道 18 位逐次逼近寄存器（SAR）ADC。它在众多应用场景中表现出色，下面让我们深入了解它的特性、电气参数、应用信息等方面。

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特性亮点

高性能指标

• 高分辨率与吞吐量：具备 18 位分辨率且无漏码，500ksps 的吞吐量速率，能够满足高速数据采集的需求。
• 多通道与输入范围选择：8 通道多路复用器，支持完全差分（±4.096V）、伪差分单极性（0V 到 4.096V）和伪差分双极性（±2.048V）三种输入范围，提供了极大的灵活性。
• 低噪声与高精度：典型情况下，全差分输入时 SNR 可达 100dB，THD 为 - 110dB，INL 最大为 ±2.75LSB，保证了高精度的信号转换。

功能特性

• 可编程序列器：可存储多达 16 个 7 位控制字，能实现灵活的通道配置和输入范围选择。
• 数字增益压缩：该功能可定义满量程输入摆幅在 ±VREFBUF 模拟输入范围的 10% - 90%之间，便于单电源操作。
• 低功耗设计：典型功耗仅 27mW，还具备自动休眠和睡眠模式，可根据采样率动态调整功耗。

电气特性

输入特性

• 输入范围：CH0 - CH7 的绝对输入范围为 - 0.1V 到 VREFBUF + 0.1V，不同输入模式下有特定的输入电压范围要求。
• 输入电容与泄漏电流：采样模式下模拟输入电容为 75pF，输入泄漏电流在 - 1μA 到 1μA 之间。

转换特性

• 分辨率与线性度：18 位分辨率，无漏码，INL 和 DNL 指标良好，确保了转换的准确性。
• 误差指标：零刻度误差和满刻度误差在不同输入模式下有相应的规定，且误差漂移和匹配指标也较为出色。

动态特性

• SINAD、SNR 和 THD：在不同输入频率和参考电压下，这些动态指标表现优异，如全差分输入时，1kHz 输入频率下 SINAD 典型值为 99.8dB，SNR 为 100dB，THD 为 - 114dB。
• 其他动态参数：通道间串扰低至 - 107dB，- 3dB 输入线性带宽为 22MHz，孔径延迟为 500ps，孔径抖动为 4ps RMS。

参考特性

• 内部参考：内部参考输出电压为 2.048V，温度系数最大为 20ppm/°C，输出阻抗为 15kΩ。
• 参考缓冲器：参考缓冲器输出电压为 4.096V，输入电压范围为 2.5V - 5V，输出阻抗在缓冲器禁用时为 13kΩ。

数字接口特性

• 电压与电流：高电平输入电压为 0.8 • OVDD，低电平输入电压为 0.2 • OVDD，数字输入电流在 - 10μA 到 10μA 之间。
• 输出特性：高电平输出电压为 OVDD - 0.2V，低电平输出电压为 0.2V，Hi - Z 输出泄漏电流在 - 10μA 到 10μA 之间。

电源特性

• 电源电压：VDD 范围为 4.75V - 5.25V，OVDD 范围为 1.71V - 5.25V。
• 电流与功耗：500ksps 采样率下，典型功耗为 27mW，睡眠模式下功耗低至 300μW。

时序特性

• 采样频率与转换时间：最大采样频率为 500ksps，转换时间为 1 - 1.5μs。
• 其他时序参数：如采集时间、保持时间、CNV 高时间等都有明确规定，确保了系统的稳定运行。

应用信息

工作原理

LTC2372 - 18 工作分为采集和转换两个阶段。采集阶段，电荷再分配电容 D/A 转换器（CDAC）通过多路复用器连接到选定的模拟输入引脚；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，最终得到数字输出。

模拟输入

• 输入范围配置：可配置为三种电压范围，不同范围下对输入引脚的电压要求和输出数据格式有所不同。
• 输入驱动电路：MUX 模拟输入为高阻抗，低阻抗源可直接驱动，高阻抗源需缓冲以优化性能。同时，要考虑缓冲放大器和信号源的噪声和失真，合理选择滤波器。

参考配置

• 内部参考与缓冲：内部参考和参考缓冲配合使用，可提供稳定的参考电压。
• 外部参考：可通过外部参考对内部参考或参考缓冲进行过驱动，以满足更高的精度和低漂移需求。

动态性能

通过快速傅里叶变换（FFT）技术测试 ADC 的频率响应、失真和噪声，LTC2372 - 18 在 AC 失真和噪声测量方面有保证的测试极限。

电源考虑

• 电源供电：提供 5V 电源（VDD）和数字输入/输出接口电源（OVDD），OVDD 灵活的供电范围可与不同逻辑电平的数字系统通信。
• 电源排序：无特定电源排序要求，但要注意最大电压关系，上电复位（POR）电路可确保系统初始化。

时序与控制

• CNV 时序：CNV 上升沿启动转换，转换过程中 BUSY 输出指示状态，转换完成后 ADC 自动掉电。
• 自动休眠与睡眠模式：自动休眠模式可根据采样频率降低功耗，睡眠模式可进一步降低功耗至 300μW。

数字接口

• 串行接口：通过 RDL 控制串行数据 I/O 总线的启用和禁用，数据在 SCK 上升沿进行移位和锁存。
• 配置编程：通过 7 位控制字对 ADC 的工作模式、通道配置和数字增益压缩等进行编程。

时序图

详细的时序图展示了不同工作模式下的信号时序关系，包括 MUX 复位时序、单设备和多设备的工作时序、睡眠模式和复位时序等，为系统设计提供了重要参考。

板级布局

为获得最佳性能，PCB 布局应将数字和模拟信号线尽可能分开，旁路电容应靠近电源引脚，模拟输入走线应进行接地屏蔽。

典型应用电路

驱动 MUX 模拟输入

推荐使用 LT6237 ADC 驱动器，配置为两个单位增益缓冲器，可实现全差分或伪差分信号源的驱动，满足 ADC 的 SNR 和 THD 规格要求。

单端转差分转换

使用 LT6350 ADC 驱动器将单端输入信号转换为全差分信号，可提高 SNR，实现全差分输入范围的性能。

多单端输入应用

在 MUXOUT + / - 和 ADCIN + / - 之间使用 LT6237 进行单端到差分转换，可在不牺牲 MUX 输入的情况下实现全差分范围的 SNR 优势。

单电源操作

启用数字增益压缩功能，使用 LTC6362 差分驱动器，可实现单 5V 电源供电，降低系统功耗。

相关产品

Linear Technology 还提供了一系列相关产品，包括不同分辨率和采样率的 ADC、DAC、参考源和放大器等，可满足不同应用场景的需求。

总结

LTC2372 - 18 以其高分辨率、高速、低噪声、低功耗和灵活的配置特性，在可编程逻辑控制器、工业过程控制、高速数据采集等领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，可根据具体需求合理选择输入范围、参考配置和驱动电路，充分发挥该 ADC 的性能优势。同时，注意 PCB 布局和时序控制等方面的细节，以确保系统的稳定性和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似 ADC 的配置和使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。