精准型工业系统要求新的数据转换准确度水平

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。

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。