高精度数据采集系统设计：亚德诺半导体LTC6373与AD4020组合应用

随着工业领域对数据采集系统需求的日益增长，这些系统在检测温度、流量、液位和压力等物理量方面扮演着至关重要的角色。为了满足不断提高的精度和速度要求，选择合适的放大器电路和模数转换器(ADC)成为了构建高质量数据采集系统的基石。代理销售ADI旗下全系列IC电子元器件-中芯巨能将介绍如何利用LTC6373可编程增益仪表放大器(PGIA)与高分辨率ADC AD4020相结合，实现高效的数据采集解决方案。

输入驱动器的重要性

ADC的输入驱动器不仅负责缓冲和放大输入信号，还需根据需要添加偏置或生成全差分信号以匹配ADC的输入电压范围及共模电压要求。这一过程中，原始信号的完整性至关重要。PGIA因其灵活性和高性能而成为理想的输入驱动器选择。本文将以LTC6373为例，探讨其如何优化数据采集系统的整体性能。

LTC6373特性概述

LTC6373是一款专为高精度数据采集系统设计的PGIA，具备以下特点：

增益范围广：从0.25到16 V/V，适应多种应用场景。

高直流精度：增益误差仅0.012%（最大值），增益误差漂移1 ppm/°C（最大值）。

低噪声和失真：输入噪声密度8 nV/√Hz（G = 16），总谐波失真(THD)极低。

宽频带支持：即使在最高增益设置下仍能提供高达4 MHz的带宽。

灵活的供电电压：支持±4.5V至±18V的电源电压范围，适用于各种环境条件。

实际应用案例分析

图1展示了使用LTC6373驱动AD4020 ADC的示例电路。该配置中，LTC6373采用直流耦合方式直接驱动ADC，无需变压器，简化了电路设计。增益通过A2/A1/A0引脚设定，范围为0.25 V/V至16 V/V。输出共模电压通过VOCM引脚调整至VREF/2，确保输出信号符合ADC的共模电压要求。

图1

在该电路中，LTC6373的输出端与ADC输入端之间的RC网络形成了一个单极点低通滤波器，有效降低了由ADC输入电容切换引起的电流尖峰，并限制了宽带噪声的影响。实验数据显示，在1.8 MSPS吞吐率下，当滤波器电阻RFILTER设为442Ω时，可以获得良好的信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)性能。

性能评估与优化

图2展示了LTC6373驱动AD4020 SAR ADC时的SNR和THD表现。结果表明，在不同吞吐率条件下，适当调整RFILTER值可以进一步优化系统性能。例如，在1 MSPS或更低吞吐率时，建议将RFILTER设为887Ω以获得最佳效果。

图2

此外，尽管LTC6373可以直接驱动大多数具有差分输入的SAR ADC，但在某些高要求的应用场景中，可能需要在LTC6373与ADC之间加入额外的ADC驱动器来提升信号链的线性度。

结论

图1所示电路针对快速且高精度的数据采集系统进行了优化，LTC6373凭借其卓越的特性和广泛的增益调节能力，能够有效地调理传感器输出信号，确保数据采集过程中的精确度和稳定性。借助ADI Precision Studio等在线工具的支持，工程师们可以更加便捷地进行此类放大级、滤波器及线性电路的设计工作，从而加速产品开发周期并提高最终产品的市场竞争力。如需LTC6373和AD4020产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。