LTC2373 - 18：高性能18位SAR ADC的深度剖析与应用指南

在电子设计领域，ADC（模拟 - 数字转换器）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨的是Linear Technology公司的LTC2373 - 18，一款具备卓越性能的18位、1Msps、8通道逐次逼近寄存器（SAR）ADC。

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一、产品概述

LTC2373 - 18是一款低噪声、高速且高度可配置的ADC。它拥有低串扰的8通道输入多路复用器（MUX）和高性能的18位精确ADC核心，能够处理全差分、伪差分单极性和伪差分双极性输入信号。其灵活的输入范围设置和可选择的数字增益压缩（DGC）功能，使其在众多应用场景中都能发挥出色的性能。

二、关键特性

2.1 高性能指标

• 高分辨率与无失码：具备18位分辨率，且无失码现象，确保了高精度的数据转换。
• 高采样率：高达1Msps的吞吐量，能够满足高速数据采集的需求。
• 低噪声与高动态性能：典型的100dB SNR（全差分）和 - 110dB THD（在(f_{IN}=1kHz)时），保证了信号的高质量转换。

2.2 灵活的输入配置

• 多通道选择：8通道多路复用器，可选择不同的输入范围，包括全差分（±4.096V）、伪差分单极性（0V to 4.096V）和伪差分双极性（±2.048V）。
• 可编程序列器：能够存储多达16个7位控制字，实现灵活的通道配置和输入范围选择。

2.3 低功耗设计

• 自动休眠模式：转换完成后自动进入休眠模式，降低功耗，且功耗随采样率降低而降低。
• 睡眠模式：进一步降低功耗至300μW，适用于对功耗要求严格的应用。

2.4 其他特性

• SPI兼容串行接口：支持1.8V、2.5V、3.3V和5V逻辑，方便与各种数字系统进行通信。
• 片上参考与缓冲：内置低漂移（20ppm/°C max）的2.048V温度补偿参考和单触发能力的参考缓冲。

三、电气特性详解

3.1 输入特性

• 输入范围：不同输入模式下，输入范围有所不同。全差分模式下，(ADCIN^{+})和(ADCIN^{-})可在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)之间摆动；伪差分单极性模式下，(ADCIN^{+})在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)，(ADCIN^{-})在(GND ± 0.1V)；伪差分双极性模式下，(ADCIN^{+})在(GND - 0.1V)到(VREFBUF + 0.1V)，(ADCIN^{-})在(VREFBUF/2 ± 0.1V)。
• 输入电容与泄漏电流：模拟输入电容在采样模式下为75pF，保持模式下为5pF；模拟输入泄漏电流在 - 1μA到1μA之间。

3.2 转换特性

• 分辨率与线性度：18位分辨率，积分非线性（INL）最大为±2.75LSB，差分非线性（DNL）在 - 0.9LSB到0.9LSB之间。
• 零刻度误差与满刻度误差：不同输入模式下，零刻度误差和满刻度误差有所不同，且会随温度变化而产生一定的漂移。

3.3 动态特性

• 信号 - 噪声与失真比（SINAD）：全差分模式下，典型的SINAD为100dB（在1MHz采样率和1kHz输入时）。
• 信号 - 噪声比（SNR）：全差分模式下，典型的SNR为100dB（在1MHz采样率和1kHz输入时）。
• 总谐波失真（THD）：全差分模式下，典型的THD为 - 114dB（在1MHz采样率和1kHz输入时）。

3.4 参考特性

• 内部参考输出电压：内部参考输出电压为2.048V，温度系数最大为20ppm/°C。
• 参考缓冲输出电压：参考缓冲输出电压为4.096V，输入电压范围为2.5V到5V。

四、应用信息

4.1 模拟输入配置

• 全差分输入范围：提供最宽的输入信号摆幅，适用于需要高精度和抗共模干扰的应用。
• 伪差分单极性输入范围：适用于单端单极性输入信号的测量。
• 伪差分双极性输入范围：适用于单端双极性输入信号的测量。

4.2 输入驱动电路

• 缓冲放大器的使用：为了获得最佳性能，建议使用缓冲放大器来驱动MUX模拟输入，以减少噪声和失真，并提高ADC的线性度。
• 滤波器的选择：在缓冲放大器的输入和输出端使用合适的滤波器，以减少噪声和采样瞬变。

4.3 参考配置

• 内部参考与缓冲：使用内部参考和参考缓冲，方便简单，适用于大多数应用。
• 外部参考驱动：当需要更高的精度和更低的漂移时，可以使用外部参考来驱动REFIN或REFBUF。

4.4 电源与功耗

• 电源供应：提供5V电源（(V_{DD})）和数字输入/输出接口电源（OVDD），OVDD范围为1.71V到5.25V。
• 功耗管理：通过自动休眠模式和睡眠模式，有效降低功耗，适用于对功耗敏感的应用。

4.5 数字接口与配置

• 串行接口：通过SPI兼容的串行接口进行数据传输和配置，支持不同的逻辑电平。
• 配置控制字：通过7位控制字来配置ADC的工作模式、输入范围和数字增益压缩等功能。
• 序列器编程：使用序列器可以存储多个配置字，实现自动循环采样。

五、典型应用电路

5.1 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，以提高SNR。

5.2 多通道单端输入

使用LT6237在MUXOUT和ADCIN之间进行单端到差分的转换，实现8个单端输入的全差分转换。

5.3 单电源操作

使用数字增益压缩（DGC）功能，结合LTC6362差分驱动器，实现单电源供电，降低系统功耗。

六、总结

LTC2373 - 18是一款功能强大、性能卓越的ADC，适用于可编程逻辑控制器、工业过程控制、高速数据采集、便携式或紧凑型仪器仪表等众多应用场景。其灵活的输入配置、低功耗设计和高性能指标，为电子工程师提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的输入范围、驱动电路和参考配置，以充分发挥其性能优势。同时，合理的PCB布局和电源管理也是确保其性能稳定的关键因素。你在使用LTC2373 - 18的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。