精準(zhǔn)型工業(yè)系統(tǒng)要求新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度水平

由于單個(gè) LTC2378-20 器件有可能取代多斜率設(shè)計(jì)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(shù)開(kāi)辟了一個(gè)頗具價(jià)值的設(shè)計(jì)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(fù)用儀表可縮減系統(tǒng)尺寸、降低功率、減少解決方案成本、并使速度提升至比傳統(tǒng)方法高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，由于該器件能夠以高達(dá) 1Msps 速率工作于其本機(jī)模式，如充當(dāng)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(tǒng)，比如：用一個(gè)多斜率 ADC 進(jìn)行高準(zhǔn)確度低噪聲測(cè)量，而用一個(gè) SAR ADC 來(lái)提高較低分辨率測(cè)量的速度。

簡(jiǎn)化并減少信號(hào)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(hào)鏈路的簡(jiǎn)化。較高分辨率的 ADC 可降低甚至免除增設(shè)模擬信號(hào)調(diào)理功能塊的需要。由于模擬部件常常產(chǎn)生非線性、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(tǒng)設(shè)計(jì)既更加簡(jiǎn)單，也更加準(zhǔn)確。

寬動(dòng)態(tài)范圍傳感器通常與可變?cè)鲆娣糯笃髋鋵?duì)使用，以在傳感器的整個(gè)輸入范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)足夠的測(cè)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(cè)量數(shù)量級(jí) (從 nW 到 mW) 的可用范圍。傳統(tǒng)的方法是采用一個(gè)對(duì)數(shù)放大器把高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)調(diào)節(jié)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，并隨著輸入幅度的增加而滾降。這種方法的缺點(diǎn)是模擬對(duì)數(shù)功能部件會(huì)發(fā)生漂移，而且?guī)掚S輸入而變化。熱流量表是另一個(gè)傳統(tǒng)上需要可變?cè)鲆娴姆蔷€性傳感器實(shí)例。低熱流具有較高的靈敏度，因而導(dǎo)致測(cè)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(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍，而且它提供了 6 位級(jí)的 DC 準(zhǔn)確度 (1ppm)，這對(duì)于直接對(duì)此類信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理是足夠了?？刹捎脭?shù)字信號(hào)處理方法來(lái)增加噪聲動(dòng)態(tài)范圍 (通過(guò)減小帶寬)，或?qū)崿F(xiàn)一種對(duì)數(shù)功能 (例如，數(shù)字代碼的簡(jiǎn)單右移或左移)，或者補(bǔ)償傳感器的非線性。

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(tǒng)中實(shí)現(xiàn)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(xiàn)中斷。理想的情況是：一個(gè)輸入量程的 100% 應(yīng)精確地等于下一個(gè)較大量程的 10%，但實(shí)際上始終存在著一定的誤差。同樣，LTC2378-20 出色的線性和動(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(xiàn)象。

控制系統(tǒng)

對(duì)于在混合模式控制系統(tǒng)中使用的 ADC 來(lái)說(shuō)，延遲是一項(xiàng)重要的參數(shù)，因?yàn)檫^(guò)多的延遲有可能導(dǎo)致不穩(wěn)定性。雖然市面上有線性度達(dá) ppm 級(jí)的 ΔΣ ADC 銷(xiāo)售，但它們只能在具有低調(diào)節(jié)帶寬的非常低速之控制系統(tǒng)中使用。LTC2378-20 的無(wú)周期延遲特性與其卓越的線性度相結(jié)合，可造就速度快得多且高度準(zhǔn)確的成本效益型混合模式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)節(jié)帶寬與其噪聲帶寬有關(guān)，而且它只是影響控制系統(tǒng)整體噪聲之 ADC 噪聲的帶內(nèi)部分。LTC2378-20 可提供 104dB SNR，在 1Msps 的采樣速率下，這意味著其 22.5µVrms 的輸入?yún)⒖荚肼晫?duì)應(yīng)一個(gè)僅 31.5nV/√Hz 的噪聲功率頻譜密度 (PSD)。相應(yīng)地，當(dāng)應(yīng)用于一個(gè)具 10kHz 調(diào)節(jié)帶寬的 1Msps 控制系統(tǒng)時(shí)，帶內(nèi)噪聲僅為 31.5nV/√Hz * √10kHz = 3.2µV，對(duì)應(yīng)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性引起的不確定性 (僅為 ±0.5ppm*10V = ±5µV) 大致相同?？刂葡到y(tǒng)實(shí)際上在 1Msps/(2*10kHz) = 50 個(gè)樣本上進(jìn)行噪聲平均運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn) ppm 級(jí)的噪聲和線性性能。不管平均運(yùn)算是采用一個(gè)數(shù)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(tǒng)組件來(lái)完成，都不會(huì)對(duì)性能造成影響。圖 3 示出了一個(gè)混合模式控制系統(tǒng)，其中的帶寬部分地受限于飛輪的慣性。