A/D-Wandler-Multiplexer mit Digitalfilter

Dynamisches Duo

Der LTC2408 ist ein 8-Kanal-24-Bit-Micropower-A/D-Wandler, in dem der Hochleistungs-A/D-Wandler LTC2400 mit einem 8-Kanal-Analog-Eingangsmultiplexer kombiniert ist.

Außergewöhnliche Rauscheigenschaften, ein genauer Vollausschlag und das Einschwingen innerhalb eines einzigen Zyklusses, erlauben die Messung von Signalen, die von Millivolt auf einem Kanal bis zu Volt auf dem nächsten reichen, wobei kein mit dem Eingangsmultiplexer verbundener Overhead auftritt.
Die Rauscheigenschaften des LTC2408 von Linear Technology (1,5 µVRMS) entsprechen einer Auflösung von 21,6 Bit bei einem Eingangsbereich von 5 V. Bei Eingangssignalen mit geringem Pegel innerhalb eines Bereichs von 100 mV wird ohne Einsatz eines PGAs eine Auflösung von besser als 16 Bit erreicht. Vergleichbare Delta-Sigma-A/D-Wandler weisen ein beträchtlich höheres Rauschen auf als der LTC2408 und benötigen ein PGA zur Verbesserung der Rauscheigenschaften bei Eingangsspannungen mit geringen Pegeln.

Vorteile des LTC2408
Der LTC2408 bietet mehrere bedeutende Vorteile gegenüber Wandlern, bei denen ein PGA benötigt wird. Ein Vorteil ist die Fähigkeit, kleine Signale (Mikrovolt) zu messen, die großen Gleichspannungen (Volt) überlagert sind. Zum Beispiel kann ein 100 mV-Signal auf einer Spannung von 2 V (2 bis 2,1 V) mit derselben Genauigkeit und denselben Rauscheigenschaften gemessen werden, wie ein 100 mV-Signal auf Masse (0 bis 0,1 V). Umgekehrt ist ein Wandler, der mit einer PGA-Verstärkung von 50 arbeitet, bei einer 5-V-Referenz auf einen Eingangsbereich von 0 bis 0,1 V beschränkt. Er kann keine Signale über 100 mV digitalisieren.
Ein zweiter Vorteil des LTC2408 ist seine außergewöhnliche Genauigkeit. Der LTC2408 bietet einen Offset-Fehler von weniger als 1 ppm, eine Offset-Drift von weniger als 0,01 ppm/°C, einen Vollausschlags-Fehler von weniger als 4 ppm, eine Vollausschlags-Drift von weniger als 0,02 ppm und eine integrale Nichtlinearität von weniger als 4 ppm. Da der gesamte unjustierte Fehler weniger als 10 ppm beträgt, liegt die absolute Genauigkeit einer beliebigen Eingangsspannung im Bereich von 0 bis 5 V innerhalb von 10 ppm. Im Gegensatz dazu zeigen Systeme mit PGAs Vollausschlags-Fehler, die durch die Anpassung interner Bauelemente begrenzt sind. Der Anwender muss diese Fehler beseitigen, normalerweise indem er das Bauelement in einen System-Kalibrierungs-Modus schaltet. Bei Mehrkanal-Systemen bedeutet dies, den Vollausschlag und den Offset für jeden Kanal kalibrieren zu müssen. Der LTC2408 benötigt keine System-Kalibrierung. Offset und Vollausschlag werden transparent während jedes Umwandlungszyklusses kalibriert.

Digitalfilterung auf dem Chip
Der LTC2408 akzeptiert jede externe Referenzspannung zwischen 0,1 V und VCC. Mit seinem erweiterten Eingangs-Umwandlungsbereich von -12,5 bis 112,5 % von VREF kann der LTC2408 Signale mit geringem Pegel im Mikrovolt-Bereich unabhängig vom festen DC-Pegel (0 V bis VREF) konsistent auflösen.
Ein Vorteil, den Delta-Sigma-Wandler-Architekturen gegenüber herkömmlichen A/D-Wandlern bieten, ist die digitale Filterung auf dem Chip. Für Niederfrequenz-Anwendungen ist diese Filterung typischerweise so konstruiert, dass Netzfrequenzen bei 50 oder 60 Hz und ihre Harmonischen unterdrückt werden. Der Nachteil herkömmlicher Digitalfilter vor der Einführung des LTC2408 waren die damit verbundenen Filter-Einschwingzeiten. Wenn das Eingangssignal sich abrupt änderte, waren die Umwandlungsergebnisse für die folgenden drei oder vier Umwandlungszyklen ungültig, wodurch ein Multiplexen extrem schwierig war. Das Ergebnis des LTC2408 ist für jede Umwandlung gültig, so dass ein Multiplexen einfach ist. Da keine Filter-Einschwingzeit und keine Latenzzeit vorhanden sind, stimmen das Umwandlungsergebnis und das angelegte Eingangssignal immer eins-zu-eins überein.

Resümee
Der LTC2408 ist die einfachste und kleinste Komplettlösung eines 24-Bit-A/D-Wandlers, so dass er sich ideal für Schaltungen mit hoher Auflösung, wie Digitalvoltmeter, Waagen, für die industrielle Prozess-Steuerung, zur Temperaturmessung und für die gesamte Systemüberwachung eignet.

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Bildtexte:

zu eurodis1.tif: Blockschaltbild des LTC2408.

zu eurodis3.tif: Typischer Wandlungsverlauf.

zu eurodis2.tif kein Bildtext

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