精準型工業(yè)系統要求新的數據轉換準確度水平

由于單個(gè) LTC2378-20 器件有可能取代多斜率設計所需的多個(gè)分立組件，因而為平衡成本、電路板空間和通道數開(kāi)辟了一個(gè)頗具價(jià)值的設計自由度。利用一個(gè)或多個(gè) LTC2378-20 ADC 來(lái)替代一個(gè)多路復用儀表可縮減系統尺寸、降低功率、減少解決方案成本、并使速度提升至比傳統方法高幾個(gè)數量級。此外，由于該器件能夠以高達 1Msps 速率工作于其本機模式，如充當一個(gè)奈奎斯特 (Nyquist) ADC，因此單個(gè) LTC2378-20 ADC 非常適用于那些有可能需要使用不止一種 ADC 的系統，比如：用一個(gè)多斜率 ADC 進(jìn)行高準確度低噪聲測量，而用一個(gè) SAR ADC 來(lái)提高較低分辨率測量的速度。

簡(jiǎn)化并減少信號鏈路元件

使用高分辨率 ADC 能帶來(lái)一個(gè)有趣的好處：模擬信號鏈路的簡(jiǎn)化。較高分辨率的 ADC 可降低甚至免除增設模擬信號調理功能塊的需要。由于模擬部件常常產(chǎn)生非線(xiàn)性、漂移和其他誤差源，因此它們的減少甚至免除將使最終的系統設計既更加簡(jiǎn)單，也更加準確。

寬動(dòng)態(tài)范圍傳感器通常與可變增益放大器配對使用，以在傳感器的整個(gè)輸入范圍內實(shí)現足夠的測量分辨率。例如：一個(gè)光學(xué)功率傳感器可能具有橫跨 6 個(gè)測量數量級 (從 nW 到 mW) 的可用范圍。傳統的方法是采用一個(gè)對數放大器把高動(dòng)態(tài)范圍信號調節至一個(gè)較低動(dòng)態(tài)范圍 ADC 的輸入范圍之中。增益在小輸入幅度時(shí)很高，并隨著(zhù)輸入幅度的增加而滾降。這種方法的缺點(diǎn)是模擬對數功能部件會(huì )發(fā)生漂移，而且帶寬隨輸入而變化。熱流量表是另一個(gè)傳統上需要可變增益的非線(xiàn)性傳感器實(shí)例。低熱流具有較高的靈敏度，因而導致測量指示需要較高的分辨率，而高熱流則具有較低的靈敏度和分辨率。LTC2378-20 在噪聲方面具有超過(guò) 5 個(gè)數量級的動(dòng)態(tài)范圍，而且它提供了 6 位級的 DC 準確度 (1ppm)，這對于直接對此類(lèi)信號進(jìn)行數字處理是足夠了?？刹捎脭底中盘柼幚矸椒▉?lái)增加噪聲動(dòng)態(tài)范圍 (通過(guò)減小帶寬)，或實(shí)現一種對數功能 (例如，數字代碼的簡(jiǎn)單右移或左移)，或者補償傳感器的非線(xiàn)性。

采用可編程增益放大器 (PGA) 和步進(jìn)衰減器是在具有一個(gè)低分辨率 ADC 的系統中實(shí)現寬動(dòng)態(tài)范圍的其他方法。自動(dòng)量程電壓表即為一例;該儀表在其最靈敏的量程中啟動(dòng)，并在輸入超過(guò)低量程限值時(shí)立即切換至一個(gè)較高的量程 (通常大 10 倍)。不過(guò)，在切換量程時(shí)將出現中斷。理想的情況是：一個(gè)輸入量程的 100% 應精確地等于下一個(gè)較大量程的 10%，但實(shí)際上始終存在著(zhù)一定的誤差。同樣，LTC2378-20 出色的線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)范圍特性允許將多個(gè)量程組合起來(lái)，從而消除了因切換量程而引起的中斷現象。

控制系統

對于在混合模式控制系統中使用的 ADC 來(lái)說(shuō)，延遲是一項重要的參數，因為過(guò)多的延遲有可能導致不穩定性。雖然市面上有線(xiàn)性度達 ppm 級的 ΔΣ ADC 銷(xiāo)售，但它們只能在具有低調節帶寬的非常低速之控制系統中使用。LTC2378-20 的無(wú)周期延遲特性與其卓越的線(xiàn)性度相結合，可造就速度快得多且高度準確的成本效益型混合模式控制系統實(shí)現方案?？刂葡到y的調節帶寬與其噪聲帶寬有關(guān)，而且它只是影響控制系統整體噪聲之 ADC 噪聲的帶內部分。LTC2378-20 可提供 104dB SNR，在 1Msps 的采樣速率下，這意味著(zhù)其 22.5µVrms 的輸入參考噪聲對應一個(gè)僅 31.5nV/√Hz 的噪聲功率頻譜密度 (PSD)。相應地，當應用于一個(gè)具 10kHz 調節帶寬的 1Msps 控制系統時(shí)，帶內噪聲僅為 31.5nV/√Hz * √10kHz = 3.2µV，對應于一個(gè) 121dB 的動(dòng)態(tài)范圍。在該例中，3.2µV 的噪聲分辨率與由非線(xiàn)性引起的不確定性 (僅為 ±0.5ppm*10V = ±5µV) 大致相同?？刂葡到y實(shí)際上在 1Msps/(2*10kHz) = 50 個(gè)樣本上進(jìn)行噪聲平均運算，以實(shí)現 ppm 級的噪聲和線(xiàn)性性能。不管平均運算是采用一個(gè)數字濾波器 (控制器) 來(lái)完成、抑或是采用某個(gè)用于限制帶寬的模擬系統組件來(lái)完成，都不會(huì )對性能造成影響。圖 3 示出了一個(gè)混合模式控制系統，其中的帶寬部分地受限于飛輪的慣性。