准确度和速度

LTC2378-20 所实现的准确度水平以前只可通过使用速度低得多的 ADC 架构 (例如：ΔΣ ADC 或多斜率 ADC) 来获得。高通道数自动化测试设备常常采用这种慢速 ADC 架构以完成高精度 DC 测量，并利用多路复用器以使单个仪表能够服务于多个输入。ADC 转换时间通常可在很宽的范围内调节，以牺牲速度來提高分辨率。不过，当采样速率高于 100ksps 时，测量分辨率常常被限制在 16 位以下。LTC2378-20 每秒能获取百万个读数，每个读数具有 2.3ppm 的噪声分辨率 (噪声的标准偏差，104dB SNR)。可采用数字方式将同一模拟信号多个读数的结果组合起来以改善噪声分辨率，并产生超过多斜率 ADC 的性能。例如，通过对 10 个样本块进行平均处理，LTC2378-20 实际上工作在 1Msps/10 = 100ksps 下，并具有一个 0.7ppm 的噪声分辨率 (114dB SNR)。

ΔΣ ADC 和多斜率 ADC 可通过配置而在一个观测 / 积分周期中对一个模拟输入信号进行平均处理，以抑制噪声和干扰。通常采用一个 100ms 的观测周期来同时抑制 50Hz 和 60Hz 线路频率干扰，从而产生一个仅为 10sps 的吞吐速率。相应地，当采用一个多斜率 ADC 时，服务于 10 个多路复用通道将需要整整一秒钟的时间。图 2 示出了单个工作在 102.4ksps 采样速率下的 LTC2378-20 ADC，其配置有一个多路复用电路，以在 100ms 的观测周期内同时测量所有 10 个信号 (交错式)。在保持与 100ms 观测周期相对应的线路频率干扰抑制的同时，吞吐速率有所增加，增加倍数为复用通道数 (这里是 10 倍，但还可以更高)，从而大幅度提高了自动化测试设备的生产率。在此实例中，通过对在观测周期中取自每个通道的 1024 个样本进行平均处理可增加噪声分辨率，并提供 22 位的噪声分辨率 (0.07ppm 或 70nVrms)。平均运算可利用一个简单的加法器 (用可编程逻辑或处理器可轻松实现) 来完成。因此，LTC2378-20 显著提升了测量速度，同时保持了先前架构的重要优势。

图 2：LTC2378-20 配置为在 100ms 的观测周期内对 10 个模拟输入同时进行读取和平均操作

由于单个 LTC2378-20 器件有可能取代多斜率设计所需的多个分立组件，因而为平衡成本、电路板空间和通道数开辟了一个颇具价值的设计自由度。利用一个或多个 LTC2378-20 ADC 来替代一个多路复用仪表可缩减系统尺寸、降低功率、减少解决方案成本、并使速度提升至比传统方法高几个数量级。此外，由于该器件能够以高达 1Msps 速率工作于其本机模式，如充当一个奈奎斯特 (Nyquist) ADC，因此单个 LTC2378-20 ADC 非常适用于那些有可能需要使用不止一种 ADC 的系统，比如：用一个多斜率 ADC 进行高准确度低噪声测量，而用一个 SAR ADC 来提高较低分辨率测量的速度。

简化并减少信号链路元件

使用高分辨率 ADC 能带来一个有趣的好处：模拟信号链路的简化。较高分辨率的 ADC 可降低甚至免除增设模拟信号调理功能块的需要。由于模拟部件常常产生非线性、漂移和其他误差源，因此它们的减少甚至免除将使最终的系统设计既更加简单，也更加准确。

宽动态范围传感器通常与可变增益放大器配对使用，以在传感器的整个输入范围内实现足够的测量分辨率。例如：一个光学功率传感器可能具有横跨 6 个测量数量级 (从 nW 到 mW) 的可用范围。传统的方法是采用一个对数放大器把高动态范围信号调节至一个较低动态范围 ADC 的输入范围之中。增益在小输入幅度时很高，并随着输入幅度的增加而滚降。这种方法的缺点是模拟对数功能部件会发生漂移，而且带宽随输入而变化。热流量表是另一个传统上需要可变增益的非线性传感器实例。低热流具有较高的灵敏度，因而导致测量指示需要较高的分辨率，而高热流则具有较低的灵敏度和分辨率。 LTC2378-20 在噪声方面具有超过 5 个数量级的动态范围，而且它提供了 6 位级的 DC 准确度 (1ppm)，这对于直接对此类信号进行数字处理是足够了。可采用数字信号处理方法来增加噪声动态范围 (通过减小带宽)，或实现一种对数功能 (例如，数字代码的简单右移或左移)，或者补偿传感器的非线性。

采用可编程增益放大器 (PGA) 和步进衰减器是在具有一个低分辨率 ADC 的系统中实现宽动态范围的其他方法。自动量程电压表即为一例;该仪表在其最灵敏的量程中启动，并在输入超过低量程限值时立即切换至一个较高的量程 (通常大 10 倍)。不过，在切换量程时将出现中断。理想的情况是：一个输入量程的 100% 应精确地等于下一个较大量程的 10%，但实际上始终存在着一定的误差。同样，LTC2378-20 出色的线性和动态范围特性允许将多个量程组合起来，从而消除了因切换量程而引起的中断现象。