高性能16位SAR ADC——LTC2377-16的全方位解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換至關(guān)重要，ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）作為這一過程的核心器件，其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天，我們就來深入了解一款高性能的16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC——LTC2377 - 16。

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特性亮點(diǎn)

高精度與低功耗

LTC2377 - 16是一款低噪聲、低功耗、高速的16位SAR ADC。它在2.5V電源下工作，具有±VREF的全差分輸入范圍，VREF范圍從2.5V到5.1V。在500ksps的采樣率下，僅消耗6.8mW的功率，且實(shí)現(xiàn)了±0.5LSB的最大積分非線性（INL），16位無失碼，信噪比（SNR）高達(dá)97dB。這使得它在對(duì)功耗和精度要求都很高的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

高速接口與靈活性

該ADC擁有高速SPI兼容串行接口，支持1.8V、2.5V、3.3V和5V邏輯，還具備菊花鏈模式。500ksps的快速吞吐量且無周期延遲，使其非常適合各種高速應(yīng)用。內(nèi)部振蕩器設(shè)定轉(zhuǎn)換時(shí)間，減輕了外部時(shí)序設(shè)計(jì)的壓力。同時(shí)，它在轉(zhuǎn)換之間自動(dòng)斷電，功耗隨采樣率降低而降低。

獨(dú)特的數(shù)字增益壓縮功能

LTC2377 - 16的數(shù)字增益壓縮（DGC）功能是一大特色。啟用該功能后，ADC執(zhí)行數(shù)字縮放功能，將零刻度代碼從0V映射到0.1 ? VREF，滿刻度代碼從VREF映射到0.9 ? VREF。以5V參考電壓為例，滿量程輸入范圍變?yōu)?.5V到4.5V，這為使用單5.5V電源為驅(qū)動(dòng)放大器供電提供了足夠的余量，同時(shí)保留了ADC的全分辨率。

電氣特性

動(dòng)態(tài)精度

在動(dòng)態(tài)精度方面，LTC2377 - 16表現(xiàn)優(yōu)異。在2kHz輸入頻率、5V參考電壓下，典型的信噪失真比（SINAD）為97dB，信噪比（SNR）為97dB，總諧波失真（THD）為 - 123dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為124dB。其 - 3dB輸入帶寬為34MHz，孔徑延遲為500ps，孔徑抖動(dòng)為4ps，全量程階躍瞬態(tài)響應(yīng)為1.46μs。

電氣參數(shù)

從電氣參數(shù)來看，它的絕對(duì)輸入范圍為 - 0.05VREF到VREF + 0.05V，輸入差分電壓范圍為 - VREF到 + VREF，共模輸入范圍為VREF/2 - 0.1V到VREF/2 + 0.1V。模擬輸入泄漏電流為±1μA，采樣模式下模擬輸入電容為45pF，保持模式下為5pF，輸入共模抑制比（CMRR）在250kHz時(shí)為86dB。

轉(zhuǎn)換器特性

轉(zhuǎn)換器特性上，分辨率為16位，16位無失碼，過渡噪聲為0.15LSBRMS，積分線性誤差（INL）最大為±0.5LSB，差分線性誤差（DNL）最大為±0.5LSB，雙極性零刻度誤差（BZE）最大為±4LSB，雙極性滿刻度誤差（FSE）最大為±13LSB。

應(yīng)用信息

轉(zhuǎn)換器操作

LTC2377 - 16的操作分為兩個(gè)階段。在采集階段，電荷再分配電容D/A轉(zhuǎn)換器（CDAC）連接到IN +和IN -引腳，采樣差分模擬輸入電壓。CNV引腳的上升沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換階段，16位CDAC通過逐次逼近算法進(jìn)行排序，使用差分比較器將采樣輸入與參考電壓的二進(jìn)制加權(quán)分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，CDAC輸出近似于采樣的模擬輸入，ADC控制邏輯準(zhǔn)備16位數(shù)字輸出代碼進(jìn)行串行傳輸。

模擬輸入與驅(qū)動(dòng)電路

其模擬輸入為全差分，以最大化可數(shù)字化的信號(hào)擺幅。輸入可由等效電路建模，輸入處的二極管提供ESD保護(hù)。在采集階段，每個(gè)輸入看到約45pF的電容和40Ω的導(dǎo)通電阻。為了獲得最佳性能，建議使用緩沖放大器驅(qū)動(dòng)模擬輸入，以提供低輸出阻抗，減少采集期間的建立時(shí)間，并優(yōu)化ADC的失真性能。對(duì)于單端輸入信號(hào)，可使用單端到差分轉(zhuǎn)換電路，如LT6350 ADC驅(qū)動(dòng)器。

參考輸入

LTC2377 - 16需要外部參考來定義其輸入范圍。低噪聲、低溫漂的參考對(duì)于實(shí)現(xiàn)ADC的完整數(shù)據(jù)手冊(cè)性能至關(guān)重要。Linear Technology的LTC6655 - 5參考源是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，它具有小尺寸、低功耗和高精度的特點(diǎn)，初始精度為0.025%（最大），溫度系數(shù)為2ppm/°C（最大），適用于高精度應(yīng)用。

動(dòng)態(tài)性能

通過快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)測(cè)試ADC的頻率響應(yīng)、失真和噪聲。在500kHz采樣率和2kHz輸入下，LTC2377 - 16實(shí)現(xiàn)了典型的97dB SINAD和97dB SNR。總諧波失真（THD）可通過公式計(jì)算，反映了輸入信號(hào)各諧波的均方根和與基波的比值。

電源考慮

LTC2377 - 16有兩個(gè)電源引腳：2.5V電源（VDD）和數(shù)字輸入/輸出接口電源（OVDD）。OVDD電源的靈活性允許它與1.8V到5V的數(shù)字邏輯通信。該ADC沒有特定的電源排序要求，但要注意遵守絕對(duì)最大額定值中的最大電壓關(guān)系。它具有上電復(fù)位（POR）電路，在電源電壓低于1V時(shí)復(fù)位，重新進(jìn)入正常范圍后重新初始化。在POR事件后20μs內(nèi)不應(yīng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，以確保重新初始化完成。

時(shí)序與控制

轉(zhuǎn)換由CNV引腳控制，上升沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并上電。轉(zhuǎn)換期間BUSY輸出為高，指示轉(zhuǎn)換狀態(tài)。為確保數(shù)字化結(jié)果無誤差，CNV的額外轉(zhuǎn)換應(yīng)在轉(zhuǎn)換開始后40ns內(nèi)或轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)行。該ADC具有專有采樣架構(gòu)，可在當(dāng)前轉(zhuǎn)換開始后527ns開始采集下一次轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)，延長(zhǎng)了采集時(shí)間至1.46μs。內(nèi)部時(shí)鐘經(jīng)過微調(diào)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為1.5μs。轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)斷電，降低功耗。

數(shù)字接口

LTC2377 - 16的串行數(shù)字接口允許它與不同電壓的數(shù)字邏輯通信。當(dāng)SDO啟用且外部時(shí)鐘應(yīng)用于SCK引腳時(shí)，串行輸出數(shù)據(jù)在SDO引腳時(shí)鐘輸出。轉(zhuǎn)換后時(shí)鐘輸出數(shù)據(jù)可獲得最佳性能，在至少40MHz的移位時(shí)鐘頻率下，仍可實(shí)現(xiàn)500ksps的吞吐量。

LTC2377 - 16以其高精度、低功耗、高速和靈活的特性，在醫(yī)療成像、高速數(shù)據(jù)采集、便攜式或緊湊型儀器、工業(yè)過程控制、低功耗電池供電儀器和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮這款A(yù)DC的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)高性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。你在實(shí)際應(yīng)用中是否使用過類似的ADC呢？遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。