模數轉換器（ADC）的理想隔離器是不可見的。它管理所有控制和數據信號，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 隔離器實現了具有 SPI 接口的 ADC 的這些目標（范圍為 1Msps），并支持 6000V有效值隔離等級。

通過數字隔離器從高分辨率逐次逼近寄存器（SAR）模數轉換器讀取數據受到限制，而傳統隔離器則受到限制 選項。當從串行外設接口（SPI）讀取數據時，大多數高速數字隔離器的最大頻率為25MHz，少數專用器件的工作頻率高達40MHz。LTM2893 讀取高達 100MHz 的數據，具有靈活性，可處理多個 ADC，從而解決了與 SAR ADC 接口的標準數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，從而提高了系統安全性。例如，過程和測試設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數據通信來忽略高達 50kV/μs 的共模瞬態事件。

以前的通用數字隔離器不足

通用數字隔離器和專用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字隔離器來支持轉換啟動或忙線狀態信號等信號。標準數字隔離器在將SCK信號發送到隔離式SPI端口并等待MISO（SDO）數據返回時受到信號傳播延遲的限制，然后才能出現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數字隔離器。這會將有效SCK頻率降低到25MHz或更低。

圖1.典型應用。

圖2.標準數字隔離器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 通信而設計，ADC 在隔離側具有專用主 SPI 功能，在邏輯側具有專用從功能（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。

隔離式側主控SPI引擎監控來自ADC的狀態信號，并在繁忙信號變低后獲取數據。此函數在轉換開始后無需邏輯端交互即可啟動。

邏輯側從屬SPI引擎包含一個緩沖寄存器，用于通過隔離柵從隔離側接收數據。在ADC轉換操作期間， 當緩沖寄存器從隔離側SPI主機接收數據時，邏輯側BUSY 信號變為低電平，指示SPI從端口已準備好讀取。

LTM2893 具有用于獲取和緩沖數據的邏輯功能，以最大限度地減少隔離柵上的數據交互。當兩個ADC以100MHz讀取時，數據在內部以200Mbps的速度流式傳輸。

SAR ADC 特定信號隔離

典型的SAR ADC具有轉換開始（CNV）信號，用于啟動將輸入信號解析為數字結果，以及一個BUSY 信號，用于指示何時轉換 正在進行中。LTM2893 專為 SAR ADC 量身定制，包括一個轉換啟動 （CNV） 和繁忙 （BUSY） 信號來管理與 ADC 的通信。轉換開始信號通過 LTM2893 從 CNV 輸入傳輸到上升沿的 CNV2 輸出。

轉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，當從隔離側接收到本地SPI緩沖器中的數據時，BUSY 信號將變為低電平。一旦忙音信號變低，就可以讀取本地SPI端口了。不帶轉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用器（圖 4）、可編程增益放大器等設備或 ADC 上的控制信號（如關斷或復位）。選擇信號不能在轉換開始時或轉換期間使用，但非常適合在開始轉換之前更改設置或進行選擇。配置寄存器允許沿三個選擇信號的方向進行單獨調整。

圖4.LTM2893 選擇控制一個模擬多路復用器的信號。

靈活性

工廠將 LTM2893 SPI 端口設定為 100MHz 的 SCK2 頻率、一個 24 位數據字長和單個字數，該字數被選為可直接與 LTC2338、LTC2328 和 LTC2378 ADC 配合使用。SCK2頻率設置是用于從ADC讀取數據的串行時鐘頻率。邏輯側SPI端口可在低至SCK2頻率設置的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、字長和字數。

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位數據字長設置適用于我們的許多通用SAR ADC，具有16位至24位結果和1Msps性能。此字長 設置定義隔離側SPI主機從ADC檢索并存儲在邏輯側緩沖器中的位數。從邏輯端SPI讀取數據 端口不需要讀取完整的字長。可以在配置寄存器中針對ADC的參數優化字長，以減少采樣 通過從 32 位到 8 位的 8 種設置對時間進行計時或降低功耗。字數統計設置選擇在單個轉換周期中讀取多個單詞的數量。

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 結果。兩個 ADC 可連接至 LTM2893 的隔離側，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 多路復用 ADC 與 LTM2893-1

大多數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的所有多路復用數據。LTC2348 ADC 系列具有 8 個模擬輸入，這些輸入可同時采樣、順序轉換并通過一個 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 配置寄存器設置為字長 24，器件計數為 8，則每個轉換轉換將轉換兩個通道（每個結果）轉移 4 個結果。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。

系統性能

添加任何數字隔離器都可能引入時序抖動，從而導致性能下降。LTM2893 專為轉換開始信號設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。?應用。

圖7.DC2405A演示電路的PScope圖。

結論

LTM2893 是一款專為 ADC 應用而設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量和系統復雜性。由于它針對ADC進行了優化，設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