作為真實(shí)世界信號(hào)與現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理功能電路之間的關(guān)鍵使能接口——精準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中的高端測(cè)試/測(cè)量系統(tǒng)。

但是，想要把傳感器或其它信號(hào)源連接至轉(zhuǎn)換器并獲得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品廣告中宣稱(chēng)的所有性能，并不是一件容易的事，通常還需要用于提供緩沖、電壓保護(hù)或其他功能等附加電路的幫助。

那么，該如何簡(jiǎn)化這個(gè)問(wèn)題呢？

ADI 混合信號(hào)的高級(jí)設(shè)計(jì)工程師——Andrew Thomas對(duì)此談到一款新型LTC2358 8通道ADC的集成化微微安培輸入模擬緩沖器，它不僅實(shí)現(xiàn)了LTC2348 8通道逐次逼近型ADC出色的性能、任意輸入測(cè)量的能力和超群的靈活性，同時(shí)還具備高性能FET輸入緩沖。

這些緩沖器使得能夠圍繞信號(hào)的需求來(lái)設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理，純電容性的pA級(jí)輸入可直接連接至多種精細(xì)的低電流傳感器，并簡(jiǎn)化模擬抗混疊濾波器及其他功能電路的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在就為大家介紹其緩沖輸入可改善系統(tǒng)的幾種方法。

不少傳感器，甚至具有輸出的緩慢或精細(xì)傳感器，都可簡(jiǎn)單直接連接至LTC2358，而不需要任何中間信號(hào)的調(diào)理。一般地，傳統(tǒng)的8通道ADC需要采用4個(gè)這樣的雙通道高電壓運(yùn)放來(lái)提供緩沖，而LTC2358卻可以通過(guò)免除這些運(yùn)放，從而大幅度節(jié)省電路板面積和功率。

這類(lèi)傳感器直接連接簡(jiǎn)單熱敏電阻電路，它可在ADC上產(chǎn)生一個(gè)與熱敏電阻和上方的固定電阻之比有關(guān)的電壓。不過(guò)需要注意的是，電阻器的頂端連接至ADC基準(zhǔn)可確保一個(gè)準(zhǔn)確的比例，即使在基準(zhǔn)漂移時(shí)，也不例外。

選擇熱敏電阻時(shí)，低電阻值會(huì)在熱敏電阻中導(dǎo)致較大的功耗，因而會(huì)損害測(cè)量準(zhǔn)確度。另一方面，采用高電阻值熱敏電阻時(shí)的準(zhǔn)確度則需要進(jìn)行非常高的輸入阻抗測(cè)量。這時(shí)，LTC2358的純電容性輸入就“發(fā)光”了；不過(guò)，可以通過(guò)增加一個(gè)20kΩ阻性元件提供更加優(yōu)良的準(zhǔn)確度。

LTC2358的高采樣速率和低噪聲允許采用一個(gè)與熱敏電阻并聯(lián)的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改善。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，熱敏電阻中無(wú)功耗，因此處于環(huán)境溫度水平。而需要進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，這個(gè)開(kāi)關(guān)就要短暫地?cái)嚅_(kāi)1ms，隨即完成測(cè)量。因此，熱敏電阻器幾乎沒(méi)有時(shí)間來(lái)使自身發(fā)熱。

下面這幅曲線圖顯示了完成一次精確測(cè)量的超快速度，以及在轉(zhuǎn)換操作持續(xù)100ms（遠(yuǎn)超所需的時(shí)間）時(shí)測(cè)量誤差的增加情況。這表明：在一個(gè)傳感器和LTC2358之間實(shí)現(xiàn)連接是很輕松的，不僅如此，其緩沖器還可以使得設(shè)計(jì)一個(gè)能夠干凈和透明地處理超范圍信號(hào)的系統(tǒng)更加容易，不管它們是作為正常運(yùn)行方式的一部分或是其它某種系統(tǒng)故障情況出現(xiàn)。

超范圍 ADC 輸入信號(hào)的出現(xiàn)有很多原因：有時(shí)就像把一個(gè) 2kg 物體放在一臺(tái) 1kg 秤上那么明顯；或者，它們也可能源于出故障的傳感器、電源或配線。這些狀況造成的后果：在最好情況下是一種干擾，而在最壞情況下則會(huì)損害性能。而LTC2358 有助簡(jiǎn)化構(gòu)建能承受超范圍信號(hào)的高性能系統(tǒng)。

下面這根彩條以圖形化的方式顯示了在各種不同輸入電壓條件下 LTC2358 的預(yù)期運(yùn)行方式。當(dāng)模擬輸入電壓超過(guò)其編程全標(biāo)度時(shí)，ADC 不會(huì)出問(wèn)題。例如，若一個(gè)輸入是針對(duì) 0V 至 5V 操作配置，但系統(tǒng)施加 10V 或任何高達(dá)高電壓電源差的電壓，則轉(zhuǎn)換器會(huì)簡(jiǎn)單地報(bào)告一個(gè)飽和全標(biāo)度值。其他通道上的轉(zhuǎn)換結(jié)果仍然是準(zhǔn)確的，而且功耗并未增加。

在更嚴(yán)重的場(chǎng)合，輸入可能會(huì)被驅(qū)動(dòng)至超過(guò)高電壓電源。例如，假如一個(gè)采用 40V電壓供電的放大器驅(qū)動(dòng) ADC，則在某種異常情況下該放大器或許會(huì)把一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)至 40v。內(nèi)部二極管把模擬輸入箝位至高電壓電源，因此有必要限制電流以避免損壞器件或其他電路。

LTC2358 能容許引腳電壓被拉至超過(guò)其電源并具有高達(dá) 10mA 電流而無(wú)憂，所以簡(jiǎn)單地布設(shè)一個(gè)與輸入相串聯(lián)的 2.5kΩ電阻器就能允許雜散輸入信號(hào)走至 40V。ADC 的高阻抗輸入可確保該串聯(lián)電阻在電路正常工作時(shí)不會(huì)造成性能下降，而且高達(dá) 40V 的電壓不會(huì)在其他 ADC 通道上導(dǎo)致準(zhǔn)確度受影響。把輸入拉至負(fù)電源以下 (低至 –40V) 也不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，但是這會(huì)將使其他通道上的準(zhǔn)確度下降。如果超過(guò)這些限值，則ADC 和電阻器中的功耗將存在損壞器件的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于其他可行的過(guò)驅(qū)動(dòng)范圍可采用其他的電阻器阻值，并記住 10mA 的電流限值。例如，一個(gè) 10kΩ電阻器將允許施加 100V，在 10kΩ電阻器兩端施加 100V 電壓時(shí)的功耗為 1W。故需采用一個(gè)較高功率電阻器，但是解決方案仍然極為簡(jiǎn)單和堅(jiān)固。

那么該怎樣取消或簡(jiǎn)化位于 ADC 前面的電路呢？可采用一些利用其極低輸入電流和寬共模范圍的更具創(chuàng)造性方式，把 LTC2358 集成到感測(cè)系統(tǒng)中。模擬輸入電流完全由結(jié)漏決定，而且在室溫下通常小于 10pA。這種低輸入電流意味著 LTC2358 可與極低水平的電流信號(hào) (光電二極管的典型特征) 一起使用。

光電二極管是反向偏置二極管，專(zhuān)為傳導(dǎo)由二極管上的光照水平所決定的少量電流而設(shè)計(jì)。這個(gè)小電流信號(hào)通常由像這樣一個(gè)跨阻抗運(yùn)放電路轉(zhuǎn)換為一個(gè)電壓，因而運(yùn)放的輸出電壓與二極管電流成比例，并且可以由一個(gè) ADC 進(jìn)行數(shù)字化處理。

它也可以看作是一個(gè)極高的電阻，而且以高準(zhǔn)確度測(cè)量其電流要求任何連接至它的組件必需具有極低的輸入電流。因此，所示的運(yùn)放通常是一個(gè) FET 輸入運(yùn)放。然而FET 運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓通常不是很好，它會(huì)影響輸出電壓的準(zhǔn)確度

LTC2358 能夠完成差分測(cè)量，因此可將其連接以測(cè)量電阻器兩端的電壓，而不是在運(yùn)放的輸出端上進(jìn)行測(cè)量。這種連接消除了運(yùn)放失調(diào)的影響和測(cè)量中的低頻噪聲。該電路的正常運(yùn)作主要源于LTC2358 本身具有非常低的輸入電流，在室溫下通常僅為幾 pA，所以它可以合理地直接連接至光電二極管，而不會(huì)干擾測(cè)量。

該光電二極管電路利用 LTC2358 的緩沖輸入得以實(shí)現(xiàn)。在更多的應(yīng)用中，若是采用低功率運(yùn)放來(lái)設(shè)計(jì)模擬信號(hào)濾波器和接口的工作也將因此而大為簡(jiǎn)化。添加此功能到簡(jiǎn)單的過(guò)驅(qū)動(dòng)堅(jiān)固性、直接傳感器連接和出眾的原生性能，將會(huì)使 LTC2358 成為適用于眾多多通道系統(tǒng)的卓越解決方案。