隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的加速發(fā)展，對(duì)工業(yè)應(yīng)用的需求不斷增加，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為其中的核心設(shè)備，其重要性日益凸顯。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于檢測溫度、流量、液位、壓力等物理量，并將這些物理量對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為高分辨率的數(shù)字信息，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些系統(tǒng)對(duì)精度和速度的要求也越來越高，而儀表放大器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心組件，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。

然而，除了 ADC 本身，其輸入驅(qū)動(dòng)器的性能同樣對(duì)整體精度有著關(guān)鍵影響。輸入驅(qū)動(dòng)器的作用是緩沖和放大輸入信號(hào)，同時(shí)可能需要增加偏置信號(hào)或生成全差分信號(hào)，以確保信號(hào)能夠覆蓋 ADC 的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求，且在轉(zhuǎn)換過程中不改變?cè)夹盘?hào)的特性。可編程增益儀表放大器（PGIA）因其靈活性和高性能，常被用作輸入驅(qū)動(dòng)器。本文將介紹一種 PGIA 與 ADC 的組合方案，通過這種方案可以實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)轉(zhuǎn)換，從而構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

LTC6373：高精度 PGIA 的典范

LTC6373 是一款專為高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的儀表放大器。它不僅提供全差分輸出，還具備高直流精度、低噪聲、低失真以及高達(dá) 4 MHz 的帶寬，增益范圍為 1/4 至 16。這些特性使得 LTC6373 能夠直接驅(qū)動(dòng) ADC，適用于多種信號(hào)調(diào)理應(yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中，LTC6373 被用于驅(qū)動(dòng)一款具有 1.8 MSPS 采樣率和 20 位分辨率的精密 ADC——AD4020。這種組合能夠充分發(fā)揮 LTC6373 的高性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采集。

LTC6373 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

LTC6373 的輸入端和輸出端采用直流耦合，無需使用變壓器來驅(qū)動(dòng) ADC，簡化了電路設(shè)計(jì)。增益可通過引腳 A2/A1/A0 在 0.25 V/V 至 16 V/V 之間靈活設(shè)置。LTC6373 支持差分輸入至差分輸出配置，并可使用 ±15 V 對(duì)稱電源電壓。此外，輸入也可以是單端輸入，而輸出仍保持差分輸出形式。

輸出共模電壓通過 VOCM 引腳設(shè)置為 VREF/2，從而實(shí)現(xiàn) LTC6373 的輸出電平轉(zhuǎn)換。每個(gè)輸出在 0 V 至 VREF 之間變化，因此在 ADC 輸入端可以得到一個(gè) 2×VREF 幅度的差分信號(hào)。LTC6373 輸出端和 ADC 輸入端之間的 RC 網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波器，用于降低 ADC 輸入端切換電容時(shí)產(chǎn)生的電流毛刺，并限制寬帶噪聲。

性能表現(xiàn)與應(yīng)用建議

在驅(qū)動(dòng) AD4020 SAR ADC 時(shí)，LTC6373 的信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）表現(xiàn)出色。在 1.8 MSPS 的吞吐量下，當(dāng)濾波器電阻（RFILTER）為 442 Ω 時(shí)，可以獲得較為理想的效果。在 1 MSPS 或 0.6 MSPS 的采樣率下，制造商建議將 RFILTER 設(shè)置為 887 Ω。

LTC6373 能夠驅(qū)動(dòng)大多數(shù)具有差分輸入的 SAR ADC，無需額外增加 ADC 驅(qū)動(dòng)器。然而，在某些對(duì)精度要求極高的應(yīng)用中，可以在 LTC6373 和精密 ADC 之間加入單獨(dú)的 ADC 驅(qū)動(dòng)器，以進(jìn)一步提高信號(hào)鏈的線性度。

LTC6373 產(chǎn)品特性

可編程增益引腳：增益范圍為 0.25 至 16 V/V，支持關(guān)斷模式。

全差分輸出：適用于多種信號(hào)調(diào)理應(yīng)用。

增益誤差：最大值僅為 0.012%，確保高精度信號(hào)轉(zhuǎn)換。

增益誤差漂移：最大值為 1ppm/°C，保證溫度穩(wěn)定性。

共模抑制比（CMRR）：在增益為 16 時(shí)，最小值為 103dB。

輸入偏置電流：最大值為 25pA，極低的偏置電流減少了信號(hào)失真。

輸入失調(diào)電壓：在增益為 16 時(shí)，最大值為 92μV。

輸入失調(diào)電壓漂移：在增益為 16 時(shí)，最大值為 1.7μV/°C。

帶寬：在增益為 16 時(shí)，-3dB 帶寬為 4MHz。

輸入噪聲密度：在增益為 16 時(shí)，僅為 8nV/√Hz。

壓擺率：在增益為 16 時(shí)，高達(dá) 12V/μs。

可調(diào)共模輸出電壓：提供靈活的輸出電平配置。

靜態(tài)電源電流：僅為 4.4mA，低功耗設(shè)計(jì)。

電源電壓范圍：±4.5V 至 ±18V，適用于多種電源環(huán)境。

額定溫度范圍：-40°C 至 125°C，適合工業(yè)環(huán)境。

封裝形式：小型 12 引腳 4mm×4mm DFN（LFCSP）封裝，節(jié)省空間。

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總結(jié)

LTC6373 作為一款高性能的 PGIA，與精密 ADC 的結(jié)合為高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一種理想的解決方案。其高直流精度、低噪聲、低失真以及靈活的增益設(shè)置，使其能夠滿足多種工業(yè)應(yīng)用的需求。通過合理的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)配置，LTC6373 能夠顯著提升數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體性能，為工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展提供有力支持。