LTC2440：高速24位差分∆∑ ADC的卓越之选

在电子设计领域，高精度、高速的模拟 - 数字转换器（ADC）是实现准确数据采集的关键组件。今天，我们就来深入了解一下Linear Technology公司的LTC2440，一款高性能的24位差分∆∑ ADC。

文件下载：LTC2440.pdf

一、产品概述

LTC2440是一款高速24位无延迟∆∑ ADC，具有5ppm的积分非线性（INL）和5µV的失调。它采用了专有的∆∑架构，能够实现可变的速度和分辨率，且无延迟。通过简单的串行接口，可对十种速度/分辨率组合（从6.9Hz/200nV RMS到3.5kHz/25µV RMS）进行编程。此外，只需将单个引脚置为高电平或低电平，就能轻松选择快速（880Hz/2µV RMS）或超低噪声（6.9Hz，200nV RMS，50/60Hz抑制）的速度/分辨率组合。其精度（失调、满量程、线性度、漂移）和功耗与所选速度无关，并且由于无延迟，可在转换之间更改速度/分辨率，而不会影响性能。

二、主要特性

1. 可选速度/分辨率

LTC2440提供了丰富的速度/分辨率组合，满足不同应用场景的需求。在880Hz输出速率下，噪声低至2µV RMS；在6.9Hz输出速率下，噪声仅为200nV RMS，同时具备50/60Hz抑制能力。这种灵活性使得它在高速数据采集和高精度测量等应用中都能表现出色。

2. 高精度性能

具有0.0005%的INL，无丢失码，确保了测量的准确性。失调误差低至2.5 - 5µV，失调误差漂移为20nV/°C，正、负满量程误差在不同条件下也能控制在一定范围内，保证了测量结果的稳定性。

3. 低功耗设计

自动睡眠功能使得在6.9Hz时仅需20µA的电流，通过增加睡眠状态的持续时间，可进一步降低功耗。例如，在3.5kHz的转换速度下，以100Hz的速率读取数据时，平均电流为240µA（1.1mW）；而以7Hz的输出速率读取数据时，仅需25µA（125µW）。

4. 差分输入和参考

支持差分输入和差分参考，共模范围从GND到VCC，提高了抗干扰能力。

5. 无延迟设计

每个转换都是准确的，即使在输入阶跃之后也能立即输出准确结果，方便进行实时数据处理。

6. 内部振荡器

无需外部组件，简化了设计，降低了成本。

7. 引脚兼容

与LTC2410引脚兼容，方便进行升级和替换。

三、应用领域

1. 高速多路复用

由于其高速和无延迟的特性，LTC2440非常适合用于高速多路复用系统，能够快速准确地采集多个模拟信号。

2. 称重秤

高精度的测量能力使得它在称重秤应用中能够提供准确的重量数据。

3. 自动量程6位数字电压表（DVM）

可实现自动量程切换，提高测量的准确性和灵活性。

4. 直接温度测量

能够精确测量温度信号，为温度监测系统提供可靠的数据。

5. 高速数据采集

满足对高速数据采集的需求，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。

四、电气特性

1. 分辨率

在0.1V ≤ VREF ≤ VCC，–0.5 • VREF ≤ VIN ≤ 0.5 • VREF的条件下，分辨率为24位，无丢失码。

2. 积分非线性

在不同的参考电压和输入条件下，INL表现良好，如在VCC = 5V，REF+ = 5V，REF– = GND，VINCM = 2.5V时，INL为5 - 15ppm of VREF。

3. 失调误差

失调误差在2.5 - 5µV之间，失调误差漂移为20nV/°C，保证了测量的准确性。

4. 满量程误差

正、负满量程误差在不同条件下有所不同，但都能控制在一定范围内，如在REF+ = 5V，REF– = GND，IN+ = 3.75V，IN– = 1.25V时，正满量程误差为10 - 30ppm of VREF。

5. 输入共模抑制比

DC条件下，输入共模抑制比达到120dB，有效抑制了共模干扰。

五、引脚功能

1. GND（引脚1、8、9、16）

接地引脚，多个接地引脚内部连接，确保最佳的接地电流流动和VCC去耦。

2. VCC（引脚2）

正电源电压引脚，需通过一个10µF钽电容和一个0.1µF陶瓷电容并联旁路到GND。

3. REF+（引脚3）、REF–（引脚4）

差分参考输入引脚，REF+必须比REF–至少高0.1V。

4. IN+（引脚5）、IN–（引脚6）

差分模拟输入引脚，输入电压范围为GND - 0.3V到VCC + 0.3V。

5. SDI（引脚7）

串行数据输入引脚，用于选择转换器的速度/分辨率。

6. EXT（引脚10）

内部/外部SCK选择引脚，用于选择内部或外部SCK进行数据输出。

7. CS（引脚11）

有源低电平数字输入引脚，低电平使能SDO数字输出并唤醒ADC。

8. SDO（引脚12）

三态数字输出引脚，用于输出转换结果和指示转换状态。

9. SCK（引脚13）

双向数字时钟引脚，根据EXT引脚的电平选择内部或外部串行时钟。

10. fO（引脚14）

频率控制引脚，控制内部转换时钟。

11. BUSY（引脚15）

转换进行中指示引脚，高电平表示转换正在进行，低电平表示转换完成。

六、工作模式

1. 转换操作周期

LTC2440的操作由三个状态组成：转换、低功耗睡眠状态和数据输出。转换完成后，进入睡眠状态，功耗降低至10µA以下。当CS引脚拉低时，开始输出转换结果，数据输出无延迟，对应于刚刚完成的转换。

2. 串行接口模式

通过控制CS、SCK和EXT引脚，LTC2440提供了内部或外部SCK等多种灵活的操作模式，无需编程配置寄存器，且不影响循环操作。

七、输出数据格式

LTC2440的串行输出数据流为32位，前3位表示状态信息，包括转换结束指示、符号和转换状态；接下来的24位是转换结果，MSB优先；剩余的5位是24位以下的子LSB，可用于平均或丢弃而不损失分辨率。

八、总结

LTC2440以其高速、高精度、低功耗和灵活的操作模式等特性，成为电子工程师在设计高速数据采集系统、高精度测量仪器等应用中的理想选择。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的速度/分辨率组合，充分发挥其性能优势。同时，其引脚兼容LTC2410，也为系统升级提供了便利。大家在使用过程中，是否也遇到过一些有趣的问题或有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。