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 LTC2378-20 器件有可能取代多斜率設(shè)計(jì)所需的多個分立組件，因而為平衡成本、電路板空間和通道數(shù)開辟了一個頗具價值的設(shè)計(jì)自由度。利用一個或多個 LTC2378-20 ADC 來替代一個多路復(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)方法高幾個數(shù)量級。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)一個奈奎斯特 (Nyquist) ADC，因此單個 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：用一個多斜率 ADC 進(jìn)行高準(zhǔn)確度低噪聲測量，而用一個 SAR ADC 來提高較低分辨率測量的速度。

簡化并減少信號鏈路元件

使用高分辨率 ADC 能帶來一個有趣的好處：模擬信號鏈路的簡化。較高分辨率的 ADC 可降低甚至免除增設(shè)模擬信號調(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)既更加簡單，也更加準(zhǔn)確。

寬動態(tài)范圍傳感器通常與可變增益放大器配對使用，以在傳感器的整個輸入范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)足夠的測量分辨率。例如：一個光學(xué)功率傳感器可能具有橫跨 6 個測量數(shù)量級 (從 nW 到 mW) 的可用范圍。傳統(tǒng)的方法是采用一個對數(shù)放大器把高動態(tài)范圍信號調(diào)節(jié)至一個較低動態(tài)范圍 ADC 的輸入范圍之中。增益在小輸入幅度時很高，并隨著輸入幅度的增加而滾降。這種方法的缺點(diǎn)是模擬對數(shù)功能部件會發(fā)生漂移，而且?guī)掚S輸入而變化。熱流量表是另一個傳統(tǒng)上需要可變增益的非線性傳感器實(shí)例。低熱流具有較高的靈敏度，因而導(dǎo)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 5 個數(shù)量級的動態(tài)范圍，而且它提供了 6 位級的 DC 準(zhǔn)確度 (1ppm)，這對于直接對此類信號進(jìn)行數(shù)字處理是足夠了。可采用數(shù)字信號處理方法來增加噪聲動態(tài)范圍 (通過減小帶寬)，或?qū)崿F(xiàn)一種對數(shù)功能 (例如，數(shù)字代碼的簡單右移或左移)，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低分辨率 ADC 的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍的其他方法。自動量程電壓表即為一例;該儀表在其最靈敏的量程中啟動，并在輸入超過低量程限值時立即切換至一個較高的量程 (通常大 10 倍)。不過，在切換量程時將出現(xiàn)中斷。理想的情況是：一個輸入量程的 100% 應(yīng)精確地等于下一個較大量程的 10%，但實(shí)際上始終存在著一定的誤差。同樣，LTC2378-20 出色的線性和動態(tài)范圍特性允許將多個量程組合起來，從而消除了因切換量程而引起的中斷現(xiàn)象。

控制系統(tǒng)

對于在混合模式控制系統(tǒng)中使用的 ADC 來說，延遲是一項(xiàng)重要的參數(shù)，因?yàn)檫^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 級的 ΔΣ ADC 銷售，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?yīng)一個僅 31.5nV/√Hz 的噪聲功率頻譜密度 (PSD)。相應(yīng)地，當(dāng)應(yīng)用于一個具 10kHz 調(diào)節(jié)帶寬的 1Msps 控制系統(tǒng)時，帶內(nèi)噪聲僅為 31.5nV/√Hz * √10kHz = 3.2µV，對應(yīng)于一個 121dB 的動態(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。控制系統(tǒng)實(shí)際上在 1Msps/(2*10kHz) = 50 個樣本上進(jìn)行噪聲平均運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn) ppm 級的噪聲和線性性能。不管平均運(yùn)算是采用一個數(shù)字濾波器 (控制器) 來完成、抑或是采用某個用于限制帶寬的模擬系統(tǒng)組件來完成，都不會對性能造成影響。圖 3 示出了一個混合模式控制系統(tǒng)，其中的帶寬部分地受限于飛輪的慣性。