在中等速度至高速 ADC 市場上占大多數的是逐次逼近型寄存器 (SAR) ADC。此類 ADC 的分辨率為 8 位至 18 位，采樣速度則高達 5Msps。與流水線型 ADC 相比，SAR ADC 可提供較低的功耗、較高的分辨率和準確度、較小的外形尺寸和零延遲，因此成為眾多應用的首選。凌力爾特公司推出了其首款 18 位 SAR ADC LTC2379-18，該器件兼具高分辨率 (18 位)、高速度 (1.6Msps)、高 SNR (101dB) 和低功耗 (18mW)，非常適合于高性能醫(yī)療、工業(yè)及汽車應用的要求。

　　適用領域

　　典型的工業(yè)信號鏈路 (圖 1) 由傳感器 (用于監(jiān)視諸如壓力、溫度、電壓或電流等模擬輸入)、放大器和濾波器 (負責對輸入進行放大和濾波)、ADC (用于將重要的輸入信號轉換為數字格式) 以及數字信號處理器或微控制器 (負責處理數字信號) 組成。高準確度系統(tǒng)需要使用高分辨率 ADC 來對輸入信號進行較為精細的數字化處理。另外，ADC 還必須要能在盡可能不增加信號鏈路噪聲的情況下快速完成轉換操作。LTC2379-18 的 18 位分辨率可提供系統(tǒng)所需的準確度和分辨率，并實現采樣速率高達 1.6Msps 的高速運作。該器件給信號鏈路帶來的噪聲或功耗的增加極少，并提供了這些系統(tǒng)所要求的單觸發(fā)轉換。

　　圖 1：工業(yè)信號鏈路

　　LTC2379-18 的獨特性何在? 是什么使其與市面上的其他同類產品截然不同?

　　LTC2379-18 是凌力爾特公司的首款 18 位 SAR ADC，該器件擁有無可比擬的 101dB SNR 性能以及突破性的全新數字增益壓縮功能。在一個具有 18 位和 16 位分辨率以及 250ksps至高達 2Msps 速度范圍的高性能 SAR ADC 系列中，LTC2379-18 是旗艦產品。同類競爭的 18 位 2Msps SAR ADC 在其最大采樣速率下具有一個延遲周期，這意味著第一次轉換包含無意義的數據且應忽略。與 1.6Msps 的 LTC2379-18 相比，它們事實上是 1.5Msps 無延遲的 18 位 SAR ADC。無與倫比的性能

　　LTC2379-18 的 101dB SNR 比最為接近的同類競爭產品高出 4dB，從而使其成為市場上性能最佳的 18 位 SAR ADC，采樣速率可達 1.6Msps。高 SNR 為信號處理鏈路提供了更加寬廣的動態(tài)范圍和更大的噪聲裕量，因而有助于放寬系統(tǒng)設計限制。圖 2 示出了 LTC2379-18 的 FFT 曲線圖 (工作于 18 位分辨率和 1.6Msps 采樣速率)。該高速 SAR ADC 的極低噪聲層在系統(tǒng)設計中提供了異常出色的靈活性。多個相互抵觸的因素影響著 ADC 的設計，而且通常需要在 ADC 噪聲與速度指標之間進行權衡取舍。相比于較高速度的 ADC，速度較低的 ADC 往往能夠保持較低的操作噪聲。LTC2379-18 實現了高速度和高性能并提升了 SAR ADC 的標準，從而將有助于設計人員設計出先前并不可行的系統(tǒng)。

　　圖 2：LTC2379-18 的 FFT 曲線圖
解讀數字增益壓縮

　　傳統(tǒng)的高分辨率 SAR ADC 信號鏈路常常要求 ADC 驅動器進行單端輸入至差分輸出的轉換，旨在拓展動態(tài)范圍。這些 ADC 驅動器由一個正電源和負電源來供電，其中負電源必需在驅動器中維持優(yōu)良的失真性能，這是因為輸出晶體管需要幾十 mV 的電壓以保持高線性度。負電源軌不僅消耗功率，而且其產生以及在整個 PCB 上的布線都很麻煩。面對這些限制條件，具功耗意識的設計一般通過衰減輸入信號來免除驅動器的負電源。通過零標度和全標度代碼的延遲，這些設計降低了對 ADC 驅動器放大器的輸出擺幅要求。然而，在諸如控制系統(tǒng)等多種應用中，失去在靠近轉移函數邊界的地方生成代碼的能力可能會帶來不便，因為該信息可以是很重要并用于檢測超出調節(jié)范圍的狀況。

　　圖 3：數字增益壓縮功能

　　為了克服上述的基本限制，LTC2379-18系列配備了一種獨特的數字增益壓縮 (DGC) 功能。當啟用時，ADC 將執(zhí)行一種數字定標功能，把零標度代碼從 0V 變換至 0.1 * VREF，并把全標度代碼從 VREF 變換至 0.9 * VREF。對于 5V 的典型基準電壓，輸入范圍將為 0.5V 至 4.5V，這為從單 5V 電源來給驅動放大器供電提供了足夠的空間。如圖 3 所示，DGC 功能允許 ADC 產生包括零標度和全標度在內的所有代碼 (例如：對于一個 18 位 ADC，共有218 = 262,144 個代碼)，同時降低對 ADC 驅動器放大器的輸出擺幅要求。

　　圖 4 示出了一個完整的信號鏈路，借助 LTC2379-18 的 DGC 功能，該鏈路可采用5V 至 12V 單電源以 18 位分辨率和 1.6Msps 采樣速率對一個 ±10V 真正雙極信號進行數字化處理。由于免除了負電源，因此大幅度地降低了信號鏈路的總功耗，而輸入擺幅的減小則為大多數 ADC 驅動器提供了足夠的空間。另外，它還減少了組件數目并簡化了設計。此電路在 LTC2379-18 的演示系統(tǒng) DC1783A 中實現，并獲得了 99dB SNR 和超過 100dB THD。即使與最接近的 18 位同類競爭產品相比，其性能仍然高出了 2dB。由于免除了驅動器放大器的負電源、并能夠保持 ADC 的零標度和全標度代碼輸出，因而提供了一款適合新式工業(yè)控制系統(tǒng)的獨特解決方案。

　　圖 4：LTC2379-18 采用數字增益壓縮功能免除了負電源真正的零功率采樣，低功率耗散：ADC 的總周期包括轉換時間和采集時間。因此，建議密切關注采集階段的功率耗散，在該階段中，采集時間會持續(xù)幾秒或幾天以等待一個輸入信號。LTC2379-18 在采集階段中的功率耗散幾乎為零，從而使其成為一款真正的零功耗采樣器件。零功耗采樣以及功率耗散與采樣速率的線性定標使 LTC2379-18 成為一款具有非常低功耗的器件，在 1.6Msps 時僅為 18mW，而在 250ksps 時僅為 3.75mW，同時支持足足 1.6Msps 的操作速率。另外，LTC2379-18 還提供了一種停機模式，可用于長時間的待機狀態(tài)以最大限度地降低功耗。該停機模式可將功耗減少至 18μW。對于要求低功率的應用 (包括那些在每塊電路板上使用多個 ADC 的應用)，LTC2379-18 的低功率耗散特性是理想的。
無延遲性能：LTC2379-18的真正單觸發(fā)操作和無最小采樣速率要求可在施加轉換起動脈沖時實現立即轉換，且沒有最小空閑時鐘要求。這一點對于諸如 ATE (自動測試設備) 等應用來說是很重要的，在此類應用中 ADC 處于等待某個測試例程的空閑狀態(tài)，該測試例程要求 ADC 變至運行狀態(tài)并恰好在一個時鐘周期之后產生一個準確的結果。

　　小的封裝尺寸：LTC2379-18 系列采用小外形的 3mm x 4mm DFN 封裝和 MSOP-16 封裝，因而可以在許多空間受限的應用中使用。

　　用戶友好型數字接口：LTC2379-18 實現了1.6Msps 的操作速率和簡單的串行定時 (采用 SCK 和 SDO)。同類競爭產品需要精確地控制這些引腳的空閑狀態(tài)以產生特定的控制信號，而 LTC2379-18 系列則與此不同，它提供了清楚明白的 BUSY、RDL/SDI 和 CHAIN 引腳以簡化接口，而無需外部組件。明晰的 CHAIN、RDL/SDI 和 BUSY引腳簡化了單根 SPI 總線上多個 ADC 的菊鏈式連接 (圖 5)。

　　圖 5：菊鏈模式中的 LTC2379-18

　　引腳和軟件兼容型系列

　　LTC2379-18 和 LTC2380-16 代表了一個完整的引腳和軟件兼容型高性能 18 位和 16 位 SAR ADC 系列。這些 ADC 不僅提供了從 250ksps 至高達 2Msps 的速度選項，而且還使客戶能夠靈活地實現從較低速度器件至較高速度的升級 (反之亦然)，而無需變更其設計和軟件。

　　圖 6：完整的 18 位 / 16 位引腳兼容型 SAR ADC 系列