精准型工业系统要求新的数据转换准确度水平

控制系统

对于在混合模式控制系统中使用的 ADC 来说，延迟是一项重要的参数，因为过多的延迟有可能导致不稳定性。虽然市面上有线性度达 ppm 级的 ΔΣ ADC 销售，但它们只能在具有低调节带宽的非常低速之控制系统中使用。LTC2378-20 的无周期延迟特性与其卓越的线性度相结合，可造就速度快得多且高度准确的成本效益型混合模式控制系统实现方案。控制系统的调节带宽与其噪声带宽有关，而且它只是影响控制系统整体噪声之 ADC 噪声的带内部分。LTC2378-20 可提供 104dB SNR，在 1Msps 的采样速率下，这意味着其 22.5µVrms 的输入参考噪声对应一个仅  31.5nV/√Hz 的噪声功率频谱密度 (PSD)。相应地，当应用于一个具 10kHz 调节带宽的 1Msps 控制系统时，带内噪声仅为 31.5nV/√Hz * √10kHz = 3.2µV，对应于一个 121dB 的动态范围。在该例中，3.2µV 的噪声分辨率与由非线性引起的不确定性 (仅为 ±0.5ppm*10V = ±5µV) 大致相同。控制系统实际上在 1Msps/(2*10kHz) = 50 个样本上进行噪声平均运算，以实现 ppm 级的噪声和线性性能。不管平均运算是采用一个数字滤波器 (控制器) 来完成、抑或是采用某个用于限制带宽的模拟系统组件来完成，都不会对性能造成影响。图 3 示出了一个混合模式控制系统，其中的带宽部分地受限于飞轮的惯性。


图 3：混合模式控制系统

结论

精准型工业系统设计拥有了一种用于改善信号链路性能的新选择。20 位 SAR ADC LTC2378-20 在高转换速率 (1Msps) 和低功耗 (21mW) 下提供了前所未有的准确度 (保证 INL 为 2ppm) 和低噪声 (104dB SNR) 水平。高准确度、低噪声和无周期延迟特性的组合使 LTC2378-20 具有很高的通用性 (适合在高精度测量和控制系统中使用)，从而可实现高度准确、灵活和具成本效益的新一代精准型工业系统。