利用一款准确的ADC来对一个准确的传感器进行数字化处理

Mark Thoren

LTC2450是一款采用2mm x 2mm DFN封装的16位、单端输入、ΔΣ ADC,不过，千万不要因为这款器件外形尺寸小和成本低就小瞧它。LTC2450拥有引人注目的DC规格，包括2LSB INL、2LSB偏移和一个0.01%的增益误差，从而使其成为诸多高端工业传感器以及多种数据采集、测量、控制和通用型电压监视应用的理想选择。

利用一款准确的ADC来对一个准确的传感器进行数字化处理

Setra Model 270是一款非常精准的气压传感器，经常在气像站和半导体制造过程中使用。600至1100毫巴的输入范围对应于一个0V至5V输出。尽管它具有很高的准确度，但并不需要借助一个昂贵的ADC来充分利用该传感器的性能。对于270所拥有的0.05%准确度而言，LTC2450的DC规格可谓绰绰有馀。图1示出了基本的连接，而图2则示出了上落楼梯时所发生的气压变化(在每一楼阶.上休息片刻)。在进行了2500次采样之后，传感器被放置在楼梯最下面的一级，并仅测量环境压力中的变化。该曲线图末端处的尖峰是由于门的开启和关闭所致。Setra 270必须被视作一个四端子器件，因为负输出的标称值比负激励电压高5V。图3示出了一个用于传感器激励的隔离型电源，而且，4.7μF电容器可避免开关噪声对测量产生影响。

图1：16位的气压测量

图2：楼梯压力

图3 : 24V隔离型激励电源

不那么明显的特点

混合信号设计师常常试图通过对样本进行平均处理，以从一个ADC获得更高的分辨率。平均处理缩减了信号带宽，并改善了分辨率，但它消耗了处理资源，造成固件的复杂化，并要求必需采用一个快速ADC (即使应用有可能只需要一个低得多的数据速率)。而且，它并未改善准确度。LTC2450具有非常高的固有准确度，且拥有执行平均处理的能力。LTC2450的前端采样速率为3.9Msps，利用一个Sinc1数字滤波器将其抽取至每秒执行30次采样操作。该滤波器的有效带宽约为30Hz，这意味著30Hz至3.9MHz之间的噪声得到了极大的衰减。当与一个简单的单极点滤波器组合起来使用时，宽带噪声通常就不是-一个问题了。

LTC2450的一个突破性的特点是其采用了专有的调制器开关方案，与其他具有相似规格的ADC相比，该方案使平均输入电流减小了几个数量级。一般而言，由于流过电阻器的ADC平均输入电流的原因，RC滤波器会产生偏移和增益误差。LTC2450具有非常低的平均采样电流(仅50nA)，因此，当采用一个Ik、0.1μF滤波器时，产生的误差将小于ILSB。该滤波器完全足以限制大多数用于驱动ADC的有源器件的宽带噪声，并防止来自调制器的采样电流“尖峰”对信号源产生不良的影响。

结论

很多制造商声称其精准ADC拥有高达32位的分辨率，而分辨率在8位至32位之间的可选ADC则是品种繁多(常常配有内容很费解的产品手册)，因而让人感到无所适从，那么，诸如LTC2450等“中等速度、中等分辨率”器件的用武之地又在哪里呢?当您将采用4位半(40,000个读数)数字电压表来测试电路时，LTC2450就是非常合适的选择。在性能范围的另一端，LTC2450的经济性优于许多12位ADC。下一次您寻找ADC时，不妨考虑一下LTC2450。它可能恰好满足您的性能要求，而所占用的板级空间则“极小”， 这与其“极低”的价格(以千片批购价为每片1.15美元)十分“匹配”。

审核编辑：郭婷