高精度数据采集系统中的仪表放大器与ADC组合方案

随着工业自动化和智能化的加速发展，对工业应用的需求不断增加，数据采集系统作为其中的核心设备，其重要性日益凸显。数据采集系统主要用于检测温度、流量、液位、压力等物理量，并将这些物理量对应的模拟信号转换为高分辨率的数字信息，以便进行进一步的分析和处理。随着技术的不断进步，这些系统对精度和速度的要求也越来越高，而仪表放大器电路和模数转换器（ADC）作为数据采集系统的核心组件，其性能直接影响整个系统的质量。

然而，除了 ADC 本身，其输入驱动器的性能同样对整体精度有着关键影响。输入驱动器的作用是缓冲和放大输入信号，同时可能需要增加偏置信号或生成全差分信号，以确保信号能够覆盖 ADC 的输入电压范围并满足其共模电压要求，且在转换过程中不改变原始信号的特性。可编程增益仪表放大器（PGIA）因其灵活性和高性能，常被用作输入驱动器。本文将介绍一种 PGIA 与 ADC 的组合方案，通过这种方案可以实现高精度的信号转换，从而构建高质量的数据采集系统。

LTC6373：高精度 PGIA 的典范

LTC6373 是一款专为高精度数据采集系统设计的仪表放大器。它不仅提供全差分输出，还具备高直流精度、低噪声、低失真以及高达 4 MHz 的带宽，增益范围为 1/4 至 16。这些特性使得 LTC6373 能够直接驱动 ADC，适用于多种信号调理应用。

在实际应用中，LTC6373 被用于驱动一款具有 1.8 MSPS 采样率和 20 位分辨率的精密 ADC——AD4020。这种组合能够充分发挥 LTC6373 的高性能优势，实现高精度的数据采集。

LTC6373 的设计特点

LTC6373 的输入端和输出端采用直流耦合，无需使用变压器来驱动 ADC，简化了电路设计。增益可通过引脚 A2/A1/A0 在 0.25 V/V 至 16 V/V 之间灵活设置。LTC6373 支持差分输入至差分输出配置，并可使用 ±15 V 对称电源电压。此外，输入也可以是单端输入，而输出仍保持差分输出形式。

输出共模电压通过 VOCM 引脚设置为 VREF/2，从而实现 LTC6373 的输出电平转换。每个输出在 0 V 至 VREF 之间变化，因此在 ADC 输入端可以得到一个 2×VREF 幅度的差分信号。LTC6373 输出端和 ADC 输入端之间的 RC 网络形成一个单极点低通滤波器，用于降低 ADC 输入端切换电容时产生的电流毛刺，并限制宽带噪声。

性能表现与应用建议

在驱动 AD4020 SAR ADC 时，LTC6373 的信噪比（SNR）和总谐波失真（THD）表现出色。在 1.8 MSPS 的吞吐量下，当滤波器电阻（RFILTER）为 442 Ω 时，可以获得较为理想的效果。在 1 MSPS 或 0.6 MSPS 的采样率下，制造商建议将 RFILTER 设置为 887 Ω。

LTC6373 能够驱动大多数具有差分输入的 SAR ADC，无需额外增加 ADC 驱动器。然而，在某些对精度要求极高的应用中，可以在 LTC6373 和精密 ADC 之间加入单独的 ADC 驱动器，以进一步提高信号链的线性度。

LTC6373 产品特性

可编程增益引脚：增益范围为 0.25 至 16 V/V，支持关断模式。

全差分输出：适用于多种信号调理应用。

增益误差：最大值仅为 0.012%，确保高精度信号转换。

增益误差漂移：最大值为 1ppm/°C，保证温度稳定性。

共模抑制比（CMRR）：在增益为 16 时，最小值为 103dB。

输入偏置电流：最大值为 25pA，极低的偏置电流减少了信号失真。

输入失调电压：在增益为 16 时，最大值为 92μV。

输入失调电压漂移：在增益为 16 时，最大值为 1.7μV/°C。

带宽：在增益为 16 时，-3dB 带宽为 4MHz。

输入噪声密度：在增益为 16 时，仅为 8nV/√Hz。

压摆率：在增益为 16 时，高达 12V/μs。

可调共模输出电压：提供灵活的输出电平配置。

静态电源电流：仅为 4.4mA，低功耗设计。

电源电压范围：±4.5V 至 ±18V，适用于多种电源环境。

额定温度范围：-40°C 至 125°C，适合工业环境。

封装形式：小型 12 引脚 4mm×4mm DFN（LFCSP）封装，节省空间。

如需LTC6373产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

总结

LTC6373 作为一款高性能的 PGIA，与精密 ADC 的结合为高精度数据采集系统提供了一种理想的解决方案。其高直流精度、低噪声、低失真以及灵活的增益设置，使其能够满足多种工业应用的需求。通过合理的电路设计和参数配置，LTC6373 能够显著提升数据采集系统的整体性能，为工业自动化和智能化的发展提供有力支持。