模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的理想隔離器是不可見的。它管理所有控制和數(shù)據(jù)信號，最大限度地提高采樣率，并將抖動對SNR性能的影響降至最低。LTM2893 μModule 隔離器實現(xiàn)了具有 SPI 接口的 ADC 的這些目標(biāo)（范圍為 1Msps），并支持 6000V有效值隔離等級。

通過數(shù)字隔離器從高分辨率逐次逼近寄存器（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)受到限制，而傳統(tǒng)隔離器則受到限制 選項。當(dāng)從串行外設(shè)接口（SPI）讀取數(shù)據(jù)時，大多數(shù)高速數(shù)字隔離器的最大頻率為25MHz，少數(shù)專用器件的工作頻率高達40MHz。LTM2893 讀取高達 100MHz 的數(shù)據(jù)，具有靈活性，可處理多個 ADC，從而解決了與 SAR ADC 接口的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器的時序問題和限制。

隔離ADC的原因

隔離柵允許ADC浮動至輸入信號的共模，并吸收惡劣條件和瞬變。即使是不需要隔離的應(yīng)用程序也可以從中受益。LTM2893 使得添加隔離層變得特別容易，從而提高了系統(tǒng)安全性。例如，過程和測試設(shè)備需要隔離以保護輸入免受意外錯誤連接或過壓事件造成的損壞，而隔離器也可以用作高壓電平轉(zhuǎn)換器，以擴展共模范圍或降低接地噪聲。LTM2893 利用一個低電容隔離柵和全差分?jǐn)?shù)據(jù)通信來忽略高達 50kV/μs 的共模瞬態(tài)事件。

以前的通用數(shù)字隔離器不足

通用數(shù)字隔離器和專用SPI隔離器可用于隔離ADC，但除了3線或4線SPI端口外，此類解決方案還使用多個數(shù)字隔離器來支持轉(zhuǎn)換啟動或忙線狀態(tài)信號等信號。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器在將SCK信號發(fā)送到隔離式SPI端口并等待MISO（SDO）數(shù)據(jù)返回時受到信號傳播延遲的限制，然后才能出現(xiàn)SCK信號的下一個鎖存邊沿，如圖2所示。除了來自ADC SPI端口的響應(yīng)延遲外，這還增加了傳播延遲。將所有延遲加起來，讀取可能需要長達38ns的時間，而最初看起來很有吸引力 150Mbps數(shù)字隔離器。這會將有效SCK頻率降低到25MHz或更低。

圖1.典型應(yīng)用。

圖2.標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器SPI讀取延遲加起來可達38ns，從而將有效SCK頻率降低至約25MHz。

流隔離器

LTM2893 專為與 ADC 通信而設(shè)計，ADC 在隔離側(cè)具有專用主 SPI 功能，在邏輯側(cè)具有專用從功能（帶緩沖器），如圖 3 所示。

圖3.ADC流隔離器可以有效地讀取100MHz的ADC。

隔離式側(cè)主控SPI引擎監(jiān)控來自ADC的狀態(tài)信號，并在繁忙信號變低后獲取數(shù)據(jù)。此函數(shù)在轉(zhuǎn)換開始后無需邏輯端交互即可啟動。

邏輯側(cè)從屬SPI引擎包含一個緩沖寄存器，用于通過隔離柵從隔離側(cè)接收數(shù)據(jù)。在ADC轉(zhuǎn)換操作期間， 當(dāng)緩沖寄存器從隔離側(cè)SPI主機接收數(shù)據(jù)時，邏輯側(cè)BUSY 信號變?yōu)榈碗娖剑甘維PI從端口已準(zhǔn)備好讀取。

LTM2893 具有用于獲取和緩沖數(shù)據(jù)的邏輯功能，以最大限度地減少隔離柵上的數(shù)據(jù)交互。當(dāng)兩個ADC以100MHz讀取時，數(shù)據(jù)在內(nèi)部以200Mbps的速度流式傳輸。

SAR ADC 特定信號隔離

典型的SAR ADC具有轉(zhuǎn)換開始（CNV）信號，用于啟動將輸入信號解析為數(shù)字結(jié)果，以及一個BUSY 信號，用于指示何時轉(zhuǎn)換 正在進行中。LTM2893 專為 SAR ADC 量身定制，包括一個轉(zhuǎn)換啟動 （CNV） 和繁忙 （BUSY） 信號來管理與 ADC 的通信。轉(zhuǎn)換開始信號通過 LTM2893 從 CNV 輸入傳輸?shù)缴仙氐?CNV2 輸出。

轉(zhuǎn)換開始信號通過隔離器的傳輸具有低抖動，以最大程度地減少ADC采樣孔徑抖動的衰減。在CNV輸入的上升沿之后，BUSY 信號保持高電平，當(dāng)從隔離側(cè)接收到本地SPI緩沖器中的數(shù)據(jù)時，BUSY 信號將變?yōu)榈碗娖健Ｒ坏┟σ粜盘栕兊停涂梢宰x取本地SPI端口了。不帶轉(zhuǎn)換啟動和忙音信號的 ADC 通過將 CNV2 和 BUSY2 引腳連接在一起，也與 LTM2893 兼容。

多路復(fù)用器控制信號的輔助通道

LTM2893 提供了三個信號，用于控制隔離柵沿任一方向的功能。這些信號非常適合控制模擬多路復(fù)用器（圖 4）、可編程增益放大器等設(shè)備或 ADC 上的控制信號（如關(guān)斷或復(fù)位）。選擇信號不能在轉(zhuǎn)換開始時或轉(zhuǎn)換期間使用，但非常適合在開始轉(zhuǎn)換之前更改設(shè)置或進行選擇。配置寄存器允許沿三個選擇信號的方向進行單獨調(diào)整。

圖4.LTM2893 選擇控制一個模擬多路復(fù)用器的信號。

靈活性

工廠將 LTM2893 SPI 端口設(shè)定為 100MHz 的 SCK2 頻率、一個 24 位數(shù)據(jù)字長和單個字?jǐn)?shù)，該字?jǐn)?shù)被選為可直接與 LTC2338、LTC2328 和 LTC2378 ADC 配合使用。SCK2頻率設(shè)置是用于從ADC讀取數(shù)據(jù)的串行時鐘頻率。邏輯側(cè)SPI端口可在低至SCK2頻率設(shè)置的1/128下工作。第二個片選擇 （CSC） 支持寫入 LTM2893 中的兩個配置寄存器，從而選擇 SPI 時鐘速度、字長和字?jǐn)?shù)。

SCK2頻率在配置寄存器中有8個選項，支持100MHz至6.25MHz的ADC SPI端口。

24位數(shù)據(jù)字長設(shè)置適用于我們的許多通用SAR ADC，具有16位至24位結(jié)果和1Msps性能。此字長 設(shè)置定義隔離側(cè)SPI主機從ADC檢索并存儲在邏輯側(cè)緩沖器中的位數(shù)。從邏輯端SPI讀取數(shù)據(jù) 端口不需要讀取完整的字長。可以在配置寄存器中針對ADC的參數(shù)優(yōu)化字長，以減少采樣 通過從 32 位到 8 位的 8 種設(shè)置對時間進行計時或降低功耗。字?jǐn)?shù)統(tǒng)計設(shè)置選擇在單個轉(zhuǎn)換周期中讀取多個單詞的數(shù)量。

隔離多個ADC

LTM2893 具有一個雙通道讀取端口 （MISOA、MISOB），因而能夠同時讀取兩個 ADC 結(jié)果。兩個 ADC 可連接至 LTM2893 的隔離側(cè)，并共享 CNV2 和 SCK2 信號;BUSYS 和 BUSY2 信號獨立連接到每個 ADC，而 ADC 的 SDO 輸出分別連接 MISOA 和 MISOB。

此外，利用支持鏈接的 ADC（圖 5），單個 LTM2893 最多可連接 8 個 ADC。讀取兩個以上的并行 ADC 需要寫入 LTM2893 中的配置寄存器以選擇器件數(shù)量。配置寄存器允許選擇兩個、四個、六個或八個器件，通過兩個MISOA和MISOB SPI輸出訪問。

圖5.鏈接配置。

隔離 LTC2348 多路復(fù)用 ADC 與 LTM2893-1

大多數(shù)ADC只需要一個具有讀取能力的SPI端口。LTM2893 專用于讀取具有一個只讀 SPI 端口的 ADC。LTM2893-1 專用于具有配置寄存器的 ADC，例如 LTC2348 同步采樣 ADC 系列，如圖 6 所示。LTM2893-1 讀寫 SPI ADC 隔離器支持配置 SoftSpan?寄存器和讀取來自LTC2348的所有多路復(fù)用數(shù)據(jù)。LTC2348 ADC 系列具有 8 個模擬輸入，這些輸入可同時采樣、順序轉(zhuǎn)換并通過一個 8 輸出 SPI 端口進行訪問。將端口 0 和 4 連接到 LTM2893-1 的 MISOA2 和 MISOB2 輸入，并將 LTM2893-1 配置寄存器設(shè)置為字長 24，器件計數(shù)為 8，則每個轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換兩個通道（每個結(jié)果）轉(zhuǎn)移 4 個結(jié)果。向 LTC2348 添加一個隔離器會對采樣速率造成很小的損失，從而將 200ksps 的理想速度降低到 166ksps。

圖6.LTM2893-1 和 LTC2348-18。

系統(tǒng)性能

添加任何數(shù)字隔離器都可能引入時序抖動，從而導(dǎo)致性能下降。LTM2893 專為轉(zhuǎn)換開始信號設(shè)計了一個低抖動路徑，以最大限度地降低信噪比性能。采用 LTC2328-18 的 LTM2893 的系統(tǒng)性能與 LTC2328-18 的獨立性能相似。為了說明這種性能，圖7顯示了DC2405A演示板使用我們的PScopop在–1dBFS下捕獲2kHz輸入的曲線。?應(yīng)用。

圖7.DC2405A演示電路的PScope圖。

結(jié)論

LTM2893 是一款專為 ADC 應(yīng)用而設(shè)計的全集成隔離解決方案。LTM2893 可處理通過隔離柵訪問 ADC 所需的所有信號，并將性能下降降至最低。LTM2893 在與 ADC 接口時滿足 100MHz SPI 操作要求。相比之下，其他零碎的隔離解決方案必須降低時鐘頻率以克服傳播延遲。與其他 SPI 隔離解決方案相比，LTM2893 的靈活接口使其能夠隔離多個 ADC，從而減少了整體組件數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜性。由于它針對ADC進行了優(yōu)化，設(shè)計人員可以輕松地將其添加到任何需要魯棒接口的解決方案中。

審核編輯：郭婷