探索LM12454/LM12458/LM12H458：12位+符號自校準數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在電子設(shè)計領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的橋梁，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的精度和可靠性。今天，我們將深入探討National Semiconductor推出的LM12454、LM12458和LM12H458這三款12位+符號自校準數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，看看它們有哪些獨特的特性和應(yīng)用場景。

文件下載：LM12H458CIVF.pdf

一、產(chǎn)品概述

LM12458和LM12H458是高度集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，僅需5V電源即可工作。它們將一個全差分自校準（校正線性度和零誤差）的13位（12位+符號）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和采樣保持（S/H）功能與豐富的模擬和數(shù)字功能相結(jié)合。內(nèi)部的32字（16位寬）FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可存儲多達32次連續(xù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，采用二進制補碼格式。此外，內(nèi)部的8字RAM可通過LM12(H)458的八輸入多路復(fù)用器存儲多達八次采集的轉(zhuǎn)換序列。而已經(jīng)停產(chǎn)的LM12454則具有四通道多路復(fù)用器、差分多路復(fù)用器輸出和差分S/H輸入。

LM12(H)458還支持8位+符號分辨率，并具備“看門狗”監(jiān)控模式，可將輸入信號與兩個可編程限值進行比較。通過內(nèi)部時鐘驅(qū)動的定時器，還能實現(xiàn)可編程的采集時間和轉(zhuǎn)換速率。參考電壓輸入可以外部生成，用于絕對或比例操作，也可以使用內(nèi)部2.5V帶隙參考。

二、關(guān)鍵規(guī)格

1. 分辨率

支持12位+符號或8位+符號分辨率。

2. 轉(zhuǎn)換時間

• 13位轉(zhuǎn)換時間：8.8μs（LM12454/8），5.5μs（LM12H458，最大值）。
• 9位轉(zhuǎn)換時間：4.2μs（LM12454/8），2.6μs（LM12H458，最大值）。

  3. 吞吐量

• 13位吞吐量：88k樣本/秒（LM12454/8，最小值），140k樣本/秒（LM12H458，最小值）。

  4. 比較時間（“看門狗”模式）

  2.2μs（LM12454/8，最大值），1.4μs（LM12H458，最大值）。

  5. 積分線性誤差（ILE）

  ±1 LSB（最大值）。

  6. 輸入電壓范圍

  GND到(V_{A}^{+})。

  7. 功耗

  30mW（LM12454/8，最大值），34mW（LM12H458，最大值）。

  8. 待機模式

  50μW（典型值）。

  9. 電源

  單電源3V到5.5V。

三、產(chǎn)品特性

1. 三種工作模式

支持12位+符號、8位+符號和“看門狗”三種工作模式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2. 輸入方式

支持單端或差分輸入，提供了更大的靈活性。

3. 內(nèi)置功能

內(nèi)置采樣保持和2.5V帶隙參考，減少了外部元件的使用，簡化了設(shè)計。

4. 事件控制

具備指令RAM和事件序列器，可實現(xiàn)復(fù)雜的采集和轉(zhuǎn)換序列。

5. 多路復(fù)用器

8通道多路復(fù)用器可同時處理多個輸入信號。

6. 數(shù)據(jù)存儲

32字轉(zhuǎn)換FIFO可存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果，方便后續(xù)處理。

7. 可編程特性

可編程的采集時間和轉(zhuǎn)換速率，可根據(jù)實際需求進行調(diào)整。

8. 校準與診斷

支持自校準和診斷模式，提高了系統(tǒng)的精度和可靠性。

9. 接口兼容性

提供8位或16位寬數(shù)據(jù)總線的微處理器或DSP接口，方便與其他設(shè)備連接。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 數(shù)據(jù)記錄

可用于采集和記錄各種傳感器數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、濕度等。

2. 儀器儀表

在各種測量儀器中，提供高精度的數(shù)據(jù)采集功能。

3. 過程控制

實時采集過程變量，實現(xiàn)對工業(yè)過程的精確控制。

4. 能源管理

監(jiān)測能源消耗和分配，優(yōu)化能源使用效率。

5. 慣性制導(dǎo)

在航空航天和軍事領(lǐng)域，用于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。

五、訂購信息

注：標有*的產(chǎn)品已停產(chǎn)，僅作參考。

六、電氣特性

1. 絕對最大額定值

包括電源電壓、輸入輸出引腳電壓、輸入電流、功耗、存儲溫度等參數(shù)，使用時需嚴格遵守，以確保器件的安全。

2. 工作額定值

規(guī)定了正常工作時的電壓、溫度等范圍，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3. 轉(zhuǎn)換器特性

涵蓋了積分線性誤差、總未調(diào)整誤差、分辨率、差分非線性等直流特性，以及轉(zhuǎn)換時間、采集時間、自動歸零時間等交流特性。

4. 內(nèi)部參考特性

內(nèi)部參考輸出電壓、溫度系數(shù)、負載調(diào)節(jié)等參數(shù)，影響著系統(tǒng)的精度。

5. 數(shù)字特性

包括邏輯輸入輸出電壓、電流、電容等，以及數(shù)字時序特性，確保與其他數(shù)字設(shè)備的兼容性。

七、典型性能曲線

文檔中給出了一系列典型性能曲線，如線性誤差隨時鐘頻率、參考電壓、溫度和電源電壓的變化，滿量程誤差隨時鐘頻率、參考電壓和電源電壓的變化，零誤差隨時鐘頻率、溫度、參考電壓和電源電壓的變化，以及電源電流隨時鐘頻率和溫度的變化等。這些曲線有助于工程師在不同工作條件下評估器件的性能。

八、總結(jié)

LM12454/LM12458/LM12H458數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以其高度集成、高性能、低功耗和靈活的特性，為電子工程師提供了一個強大的工具。無論是在工業(yè)控制、儀器儀表還是其他領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號，并注意其電氣特性和工作條件，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠。你在使用這類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。