深入剖析LTC1860/LTC1861：低功耗12位ADC的卓越之选

在电子设计领域，模数转换器（ADC）的性能和特性对于整个系统的表现起着至关重要的作用。今天，我们就来详细探讨一下凌力尔特（现ADI）公司的LTC1860/LTC1861这两款12位ADC，看看它们有哪些独特之处，能为工程师们带来怎样的设计便利。

文件下载：LTC1860.pdf

1. 产品概述

LTC1860/LTC1861是两款12位的A/D转换器，提供MSOP和SO - 8两种封装形式，并且仅需单一5V电源供电。这两款ADC具有高采样率和低功耗的特点，在250ksps的采样率下，供电电流仅为850µA，而且在较低采样速度时，它们会自动进入低功耗模式，将供电电流降至极低水平，例如在1ksps时可低至2µA。

2. 产品特性亮点

2.1 封装与通道选择

• 封装形式：采用MSOP封装，体积小巧，适合对空间要求较高的设计。
• 通道版本：LTC1860为单通道版本，LTC1861为双通道版本，工程师可以根据实际应用需求进行灵活选择。

2.2 低功耗设计

• 低供电电流：典型供电电流仅850µA，在低采样率下还能进一步降低功耗，非常适合电池供电的应用场景。
• 自动关机功能：在转换间隙自动进入低功耗状态，有效延长电池续航时间。

2.3 输入特性

• 真差分输入：能够有效抑制共模噪声，提高信号采集的准确性。
• 高阻抗模拟输入：可以直接连接信号源，减少外部增益级的使用，简化电路设计。

2.4 通信接口

SPI/MICROWIRE™兼容的串行I/O接口，方便与ASIC、PLD、MPU、DSP或移位寄存器等进行通信，易于集成到各种系统中。

2.5 兼容性与升级

• 可作为LTC1286/LTC1298的高速升级版本。
• 与16位的LTC1864/LTC1865引脚兼容，方便进行设计升级。

2.6 宽温度范围

保证在高达125°C的温度下正常工作，适用于各种恶劣环境。

3. 应用领域

3.1 高速数据采集

凭借250ksps的高采样率，LTC1860/LTC1861能够快速准确地采集高速变化的信号，满足高速数据采集系统的需求。

3.2 便携式或紧凑型仪器

其低功耗和小巧的封装形式，使其成为便携式仪器和紧凑型设备的理想选择，有助于延长电池续航时间并减小设备体积。

3.3 低功耗电池供电仪器

自动关机功能和低供电电流特性，使得这些ADC在电池供电的仪器中表现出色，能够有效降低功耗，延长电池使用寿命。

3.4 隔离和/或远程数据采集

真差分输入和高抗干扰能力，使其适用于隔离和远程数据采集应用，确保数据的准确传输。

4. 性能参数

4.1 转换器和多路复用器特性

• 分辨率：12位，无丢失码，保证了较高的测量精度。
• 积分非线性（INL）：±1 LSB，确保转换结果的线性度。
• 增益误差：±20 mV，保证了增益的准确性。
• 偏移误差：根据不同封装和型号有所不同，在±2 - ±7 mV之间。

4.2 动态精度

• 信噪比（SNR）：72 dB，能够有效抑制噪声，提高信号质量。
• 信噪失真比（S/(N + D)）：在100kHz输入信号时为71 dB，保证了信号的保真度。
• 总谐波失真（THD）：在100kHz输入信号时为 - 77 dB，减少了谐波干扰。

4.3 数字和直流电气特性

• 输入输出电压和电流：规定了不同条件下的高、低电平输入电压和电流，确保与其他设备的兼容性。
• 输出泄漏电流和源/沉电流：对输出的泄漏电流和源/沉电流进行了明确规定，保证了输出的稳定性。

4.4 推荐工作条件

• 电源电压：4.75 - 5.25 V，确保在一定电压波动范围内正常工作。
• 时钟频率：H级的时钟频率为16.7 - 20 MHz，为数据传输提供了稳定的时钟信号。

4.5 时序特性

• 转换时间：H级的转换时间为2.75 - 3.3 µs，保证了快速的数据转换。
• 最大采样频率：H级为250 - 248 kHz，满足高速采样的需求。

5. 引脚功能

5.1 LTC1860引脚功能

• VREF：参考输入，定义A/D转换器的量程，需保持无噪声。
• IN+、IN -：模拟输入，需保持无噪声。
• GND：模拟地，应直接连接到模拟地平面。
• CONV：转换输入，高电平启动A/D转换，转换完成后保持高电平可进入睡眠模式，低电平使能SDO引脚。
• SDO：数字数据输出，输出A/D转换结果。
• SCK：移位时钟输入，同步串行数据传输。
• Vcc：正电源，需通过旁路电容直接连接到模拟地平面，以减少噪声和纹波。

5.2 LTC1861引脚功能

• CONV：功能与LTC1860相同。
• CH0、CH1：模拟输入，需保持无噪声。
• AGND：模拟地，应直接连接到模拟地平面。
• DGND：数字地，应直接连接到模拟地平面。
• SDI：数字数据输入，用于输入A/D配置字。
• SDO：数字数据输出，输出A/D转换结果。
• SCK：移位时钟输入，同步串行数据传输。
• Vcc：正电源，需通过旁路电容直接连接到模拟地平面。
• VREF：参考输入，定义A/D转换器的量程，需保持无噪声。

6. 工作原理与操作

6.1 LTC1860操作

• 操作序列：转换周期从CONV的上升沿开始，转换完成后，若CONV保持高电平，LTC1860进入睡眠模式；CONV下降沿使LTC1860进入采样模式，SDO使能，SCK同步数据传输，数据在SCK下降沿从SDO输出，接收系统在SCK上升沿捕获数据。
• 模拟输入：具有单极差分模拟输入，测量IN + 和IN - 之间的电压，零码对应IN + - IN - = 0，满量程对应IN + - IN - = VREF - 1LSB。
• 参考输入：参考输入电压定义A/D转换器的满量程范围，可在VCC到1V之间工作。

6.2 LTC1861操作

• 操作序列：转换周期从CONV的上升沿开始，转换完成后，若CONV保持高电平，LTC1861进入睡眠模式；CONV下降后，2位数据字在SCK上升沿时钟输入到SDI，后续输入忽略直到下一个CONV周期，数据在SCK下降沿传输，接收系统在SCK上升沿捕获数据。
• 模拟输入：输入字的两位用于配置MUX，选择测量的通道，测量所选“ + ”和“ - ”通道之间的电压，零码和满量程的定义与LTC1860类似。
• 参考输入：SO - 8封装的参考输入内部连接到VCC，量程等于VCC；MSOP封装的参考输入电压定义A/D转换器的量程，可在1V到VCC之间工作。

7. 应用注意事项

7.1 接地

应使用模拟地平面和单点接地技术，避免使用绕线技术进行面包板测试和评估，建议使用印刷电路板，将接地引脚直接连接到模拟地平面，减少引线长度。

7.2 旁路

VCC和VREF引脚必须无噪声和纹波，可使用至少1µF的钽电容直接旁路到模拟地平面，并尽量缩短旁路电容的引线长度。

7.3 模拟输入

由于采用电容重新分配A/D转换技术，模拟输入存在电容性开关输入电流尖峰。当源电阻小于200Ω或使用高速运算放大器时，这些尖峰不会造成问题；但如果使用大源电阻或慢速运算放大器，需确保电流尖峰引起的瞬态在转换开始前完全稳定。

8. 典型应用示例

文档中给出了一个同时采样两个通道的典型应用电路，通过合理的电路设计和元件选择，能够实现对不同范围信号的准确采集。

9. 相关产品

文档还列出了一些相关的ADC产品，包括不同位数、采样率和功耗的产品，为工程师在不同应用场景下的选择提供了参考。

综上所述，LTC1860/LTC1861凭借其低功耗、高采样率、真差分输入等特性，在高速数据采集、便携式仪器等领域具有广泛的应用前景。在使用过程中，工程师们需要根据具体的应用需求和电路设计要求，合理选择和使用这些ADC，以充分发挥它们的性能优势。你在实际设计中是否使用过类似的ADC呢？遇到过哪些问题和挑战？欢迎在评论区分享你的经验和见解。