探索LTC1968：高精度RMS - DC轉(zhuǎn)換器的卓越性能與設(shè)計秘籍

在電子工程師的日常工作中，精確測量交流信號的有效值（RMS）是一項常見且關(guān)鍵的任務(wù)。LTC1968作為一款真正的RMS - DC轉(zhuǎn)換器，憑借其創(chuàng)新的技術(shù)和出色的性能，在眾多應(yīng)用場景中脫穎而出。今天，我們就來深入探討LTC1968的特點、工作原理以及設(shè)計要點。

文件下載：LTC1968.pdf

一、LTC1968的卓越特性

1. 高線性度與寬輸入帶寬

LTC1968具有高達(dá)0.02%的線性度，這使得系統(tǒng)校準(zhǔn)變得簡單易行。其輸入帶寬表現(xiàn)也十分出色，帶寬達(dá)到1%額外增益誤差時為500kHz，達(dá)到0.1%額外增益誤差時為150kHz，且3dB帶寬不受輸入電壓幅度的影響。這種寬頻帶特性使得它能夠準(zhǔn)確處理各種頻率的信號。

2. 簡單易用與超低功耗

僅需一個外部電容即可實現(xiàn)真正的RMS - DC轉(zhuǎn)換，采用的Delta Sigma轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)一步簡化了設(shè)計。同時，它的超低關(guān)機(jī)電流僅為0.1μA，大大降低了功耗，適用于對功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用場景。

3. 靈活的輸入輸出與小尺寸封裝

輸入方式靈活，支持差分或單端輸入，共模電壓范圍可達(dá)軌到軌，差分電壓最高可達(dá)1VPEAK。輸出同樣具備軌到軌能力，并且有單獨的輸出參考引腳，可實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。此外，它采用了節(jié)省空間的8引腳MSOP封裝，非常適合便攜式應(yīng)用。

二、工作原理剖析

1. 創(chuàng)新的Delta - Sigma計算技術(shù)

與傳統(tǒng)的對數(shù) - 反對數(shù)RMS - DC轉(zhuǎn)換器不同，LTC1968采用了創(chuàng)新的Delta - Sigma計算技術(shù)。Delta - Sigma調(diào)制器作為除法器，簡單的極性開關(guān)作為乘法器，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有更高的線性度和精度，帶寬不受幅度影響，溫度特性也得到了顯著改善。

2. 實現(xiàn)RMS - DC轉(zhuǎn)換的過程

通過對輸入信號進(jìn)行平方運算，然后經(jīng)過低通濾波器取平均值，最終得到輸出電壓，該電壓即為輸入信號的RMS值。具體公式為((V_{OUT }- OUT RTN )=sqrt{ Average [(IN 2 - IN 1)^{2}]})。

三、設(shè)計要點與注意事項

1. 電容的選擇

• 電容值選擇：RMS值的計算需要進(jìn)行平均運算，LTC1968通過在輸出端使用單個電容來實現(xiàn)低頻平均。對于大多數(shù)應(yīng)用，10μF電容是一個不錯的選擇，在50Hz/60Hz時峰值誤差小于1%，10Hz及以上頻率時DC誤差小于0.1%。但對于更高波峰因數(shù)和/或AC + DC波形，通常需要更大的電容值。
• 電容類型選擇：陶瓷芯片電容成本低、尺寸小，但在電壓和溫度穩(wěn)定性方面較差，不適合關(guān)鍵應(yīng)用。對于關(guān)鍵應(yīng)用，金屬化聚酯等薄膜電容是更好的選擇，其值穩(wěn)定性和低泄漏特性可確保高精度。

2. 輸入輸出連接

• 輸入連接：LTC1968輸入為差分且直流耦合，至少有一個輸入必須連接到具有直流返回路徑的地。對于單端應(yīng)用，可根據(jù)具體情況選擇不同的連接方式；對于差分輸入應(yīng)用，將兩個輸入連接到差分信號即可。
• 輸出連接：輸出是差分但不對稱生成的，通常將輸出返回引腳（Pin 6）連接到地，但也可連接到0V至(V^{+})之間的任意電壓，只要保證輸出電壓在0V至(V^{+})范圍內(nèi)。

3. 電源旁路與響應(yīng)時間

作為開關(guān)電容設(shè)備，LTC1968在開關(guān)過程中會產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電源電流，因此需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的電源旁路，可在(V^{+})（Pin 7）和GND（Pin 1）之間靠近設(shè)備處連接一個0.01μF電容。使用大電容會導(dǎo)致響應(yīng)時間變慢，但LTC1968的Delta - Sigma電路不受溫度影響，相比前代產(chǎn)品在低頻信號處理上具有優(yōu)勢。

4. 后級濾波與波峰因數(shù)處理

輸出紋波通常比DC誤差大，可通過后級濾波來降低紋波，減少峰值誤差，同時對響應(yīng)時間的影響較小。LTC1968適用于波峰因數(shù)為4或更小的信號，當(dāng)波峰因數(shù)較高時，內(nèi)部Delta - Sigma調(diào)制器可能會飽和，需要根據(jù)具體情況選擇合適的電容值。

四、誤差分析與系統(tǒng)校準(zhǔn)

1. 誤差分析

LTC1968的誤差主要包括靜態(tài)誤差（如輸出偏移電壓、輸入偏移電壓和增益誤差）和動態(tài)誤差（與輸入信號有關(guān)，如低頻AC輸入的DC轉(zhuǎn)換誤差、高頻輸入的帶寬限制誤差和波峰因數(shù)引起的誤差）。輸入偏移電壓在不同輸入信號下對輸出的影響不同，小信號時影響更為顯著。

2. 系統(tǒng)校準(zhǔn)

可通過系統(tǒng)校準(zhǔn)來提高LTC1968的靜態(tài)精度，常見的校準(zhǔn)方法有AC - Only 1點、AC - Only 2點、DC 2點和DC 3點校準(zhǔn)。線性度高使得校準(zhǔn)后的精度優(yōu)于傳統(tǒng)的對數(shù) - 反對數(shù)RMS - DC轉(zhuǎn)換器，且使用DC參考電壓校準(zhǔn)的效果與AC參考電壓基本相同。

五、典型應(yīng)用案例

1. 單電源RMS - DC轉(zhuǎn)換

在5V單電源、差分、交流耦合的RMS - DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，LTC1968能夠準(zhǔn)確地將交流輸入信號轉(zhuǎn)換為直流輸出，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的信號。

2. 音頻幅度壓縮

在音頻幅度壓縮器中，LTC1968可用于測量音頻信號的RMS值，從而實現(xiàn)對音頻信號的動態(tài)控制，保證音頻輸出的穩(wěn)定性和一致性。

六、總結(jié)

LTC1968以其高線性度、寬頻帶、低功耗、靈活的輸入輸出和小尺寸封裝等優(yōu)點，成為了RMS - DC轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的優(yōu)秀選擇。在設(shè)計過程中，合理選擇電容、正確連接輸入輸出、進(jìn)行電源旁路和系統(tǒng)校準(zhǔn)等操作，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足各種應(yīng)用需求。作為電子工程師，我們應(yīng)該深入了解其特性和工作原理，將其巧妙應(yīng)用到實際項目中，為產(chǎn)品的性能提升貢獻(xiàn)力量。

大家在使用LTC1968的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。