精準型工業系統要求新的數據轉換準確度水平

由于單個 LTC2378-20 器件有可能取代多斜率設計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開辟了一個頗具價值的設計自由度。利用一個或多個 LTC2378-20 ADC 來替代一個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，比如：用一個多斜率 ADC 進行高準確度低噪聲測量，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模擬信號調理功能塊的需要。由于模擬部件常常產生非線性、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設計既更加簡單，也更加準確。

寬動態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實現足夠的測量分辨率。例如：一個光學功率傳感器可能具有橫跨 6 個測量數量級 (從 nW 到 mW) 的可用范圍。傳統的方法是采用一個對數放大器把高動態范圍信號調節至一個較低動態范圍 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。這種方法的缺點是模擬對數功能部件會發生漂移，而且帶寬隨輸入而變化。熱流量表是另一個傳統上需要可變增益的非線性傳感器實例。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 5 個數量級的動態范圍，而且它提供了 6 位級的 DC 準確度 (1ppm)，這對于直接對此類信號進行數字處理是足夠了?？刹捎脭底中盘柼幚矸椒▉碓黾釉肼晞討B范圍 (通過減小帶寬)，或實現一種對數功能 (例如，數字代碼的簡單右移或左移)，或者補償傳感器的非線性。

采用可編程增益放大器 (PGA) 和步進衰減器是在具有一個低分辨率 ADC 的系統中實現寬動態范圍的其他方法。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中斷。理想的情況是：一個輸入量程的 100% 應精確地等于下一個較大量程的 10%，但實際上始終存在著一定的誤差。同樣，LTC2378-20 出色的線性和動態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象。

控制系統

對于在混合模式控制系統中使用的 ADC 來說，延遲是一項重要的參數，因為過多的延遲有可能導致不穩定性。雖然市面上有線性度達 ppm 級的 ΔΣ ADC 銷售，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 的無周期延遲特性與其卓越的線性度相結合，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現方案?？刂葡到y的調節帶寬與其噪聲帶寬有關，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，這意味著其 22.5µVrms 的輸入參考噪聲對應一個僅 31.5nV/√Hz 的噪聲功率頻譜密度 (PSD)。相應地，當應用于一個具 10kHz 調節帶寬的 1Msps 控制系統時，帶內噪聲僅為 31.5nV/√Hz * √10kHz = 3.2µV，對應于一個 121dB 的動態范圍。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實際上在 1Msps/(2*10kHz) = 50 個樣本上進行噪聲平均運算，以實現 ppm 級的噪聲和線性性能。不管平均運算是采用一個數字濾波器 (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，其中的帶寬部分地受限于飛輪的慣性。