LTC1966是一款精密、微功率、真正的rms - dc转换器，采用正在申请专利的创新得尔塔-西格马计算技术。LTC1966的内部delta-sigma电路使其使用更简单，更精确，功耗更低，并且比传统的对数-反对数rms - dc转换器更加灵活。与以前可用的RMS-to-DC转换器不同，LTC1966的优越线性度允许在任何输入电压下进行无障碍系统校准。

表1总结了LTC1966的性能。与旧的log-anti - log器件不同，LTC1966对PC板焊接和应力以及工作温度不敏感。LTC1966封装在节省空间的MSOP包中，这是便携式应用的理想选择。此外，LTC1966的输出阻抗比上一代器件高一个数量级，因此对于相同的设计参数，所需的平均电容要小十倍，通常仅为1μF。这不是微不足道的，因为V(OUT)是一个计算节点，不能简单地通过添加阻力来解耦。

图1和2所示的典型应用程序说明了LTC1966的灵活性。LTC1966接受单端或差分输入信号(用于EMI/RFI抑制)，并支持峰值因子高达4。共模输入范围为轨对轨，差动输入范围为1V(峰值)。LTC1966还具有轨到轨输出，具有单独的输出参考引脚，提供灵活的电平移动。LTC1966工作在2.7V至5.5V的单电源或±5.5V的双电源。当LTC1966关闭时，电源电流降低到仅0.1μA。

RMS-to-DC转换器是如何工作的

均方根幅值是测量和比较各种形状和大小的动态信号的一致、公平和标准的方法。简单地说，均方根幅值是动态波形的热势。在电阻性负载中，1V(RMS)交流波形产生的热量与1V直流波形产生的热量相同。数学上，均方根是“均方根的根”。

单片RMS- dc转换器使用隐式计算来计算输入信号的RMS值。基本构建块是使用的乘法/除法，如图3所示。分析这种拓扑结构很容易，从识别低通滤波器的输入和输出开始。LPF的输入是乘法器/除法器的计算结果:(V(IN))(2)/V(OUT)。低通滤波器将取其平均值来创建输出，数学上:

因为V(OUT)是DC，

注意，由于除零的原因，这种技术在输出信号为零时导致更高的误差。

移动到Log-Antilog

旧的rms - dc转换器使用对数-反对数技术来执行平方和平方根数学函数。使用这些技术的rms - dc转换器存在线性度差、与幅度相关的带宽和稳定时间、增益随温度漂移以及其他问题。

图5比较了LTC1966与现在已经过时的对数-反对数方法的线性度。

LTC1966 RMS-to-DC转换器是如何工作的

LTC1966使用了类似的拓扑结构，但采用了全新的实现(见图4)。得尔塔-西格马调制器作为分频器，一个简单的极性开关用作乘法器。

得尔塔-西格马是一个二阶调制器，具有良好的线性。它有一个单比特输出，其平均占空比与输入信号除以输出的比率成正比。单比特输出用于选择性地缓冲或反相输入信号。同样，这是一个具有优秀线性度的电路，因为它只在两个增益下工作:-1和+1。随着时间的推移，平均有效乘法将在这两点之间的直线上。

对得尔塔-西格马参考电压施加V(OUT)，会在低通滤波器前产生V(in)(2)/V(OUT)函数，并导致rms到dc的转换，如图3所示。

低通滤波器执行RMS函数的平均，并且必须比感兴趣的最低频率更低的角频率。LTC1966在输出端只需要一个电容来实现低通滤波器。用户根据频率范围和稳定时间要求选择该电容，并给定85k欧姆输出阻抗。

这种拓扑结构本质上比对数/反对数实现更稳定和线性，主要是因为所有的信号处理都发生在具有高增益运算放大器的闭环电路中。注意，内部刻度使得得尔塔-西格马输出占空比仅在V(IN)超过±4·V(OUT)时限制为0%或100%。

rms - dc转换器的线性度

对于实现包含两个非常非线性过程:平方和平方根的函数的设备来说，线性似乎是一个奇怪的属性。

然而，RMS-to-DC转换器具有传递函数，RMS电压输入到直流电压输出，理想情况下应该具有1:1的特性。在某种程度上，输入输出传递函数不是一条完美的直线，这部分是非线性的，并且是误差的来源。同样，参见图4。

使用图6所示的简单模型可以更全面地了解线性。在这里，一个理想的RMS核心被输入电路和输出电路都破坏了，它们的传递函数不完美。

输出电路中出现的任何非线性都会破坏RMS输入到直流输出的传递函数。输入电路中的非线性通常对传递函数的破坏要小得多，因为对于交流输入，rms - dc转换将整个输入值范围内的非线性平均起来。

但是输入非线性仍然会在rms - dc转换器中引起问题，因为它会随着输入信号形状的变化而破坏精度。虽然RMS-to-DC转换器可以将任何输入波形转换为直流输出，但其精度不一定像正弦波那样适用于所有波形。量化动态信号波形的常用方法是波峰因子。波峰系数是峰值相对于波形的均方根值的比值。例如，波峰系数为4的信号的峰值是其均方根值的四倍。因为这个峰值的能量(与电压的平方成正比)是有效值能量的16倍(4(2))，所以峰值必须最多存在6.25%(1/16)的时间。

LTC1966在波峰系数为4或更小的情况下表现非常好，如图7所示。这种波峰因子小于4的优异性能直接归因于整个LTC1966的高线性度。如图8所示，LTC1966将响应具有较高波峰因子的信号，但精度降低。根据定义，波峰系数大于4的波形的峰值小于6.25%的时间。

LTC1966设计

LTC1966 RMS-to-DC转换器可以很容易地实现一个相当奇特的功能。对于许多应用来说，所需要的只是一个平均电容，适当选择I/O连接和电源旁路。

信号的均方根或均方根值，即平方的均值的根，如果不进行平均计算，就不能得到均值函数。LTC1966转换器利用输出端的单个电容进行rms - dc转换所需的低频平均。较大的电容将允许较低频率输入的均方根平均，但将导致较长的稳定时间。LTC1966具有一致的稳定时间，仅依赖于平均时间常数，而不依赖于输入信号幅度(与对数-反对数RMS-to-DC方法不同)。低频精度和稳定时间之间的权衡在LTC1966数据表的Design Cookbook部分中有详细描述，可在。

转换带宽

与任何有限带宽系统一样，LTC1966输入频率越高，误差越大。LTC1966是专为高精度rms - dc转换信号进入和高于可听频率范围。输入采样放大器的-3dB频率为800kHz。然而，开关电容电路以适度的100kHz采样输入。输出响应与频率的关系如图9所示。

尽管响应与频率之间存在重复每个采样频率的模式，但误差并不是压倒性的。这是因为LTC1966的均方根值计算本质上是宽带的，可以在最小的过采样甚至欠采样的情况下正常运行，使用几种专有技术来利用混叠信号的均方根值与原始信号的均方根值相同的事实。然而，得尔塔-西格马调制器的一个基本特征是，样本估计噪声的形状使得在输入频率远低于采样频率时产生最小的噪声，但当输入频率达到采样频率的一半时，这种噪声达到峰值。幸运的是，LTC1966输出平均滤波器大大降低了这一误差，但RMS-to-DC拓扑频率将噪声转移到低(基带)频率。因此，当输入频率高于5kHz到10kHz时，输出将缓慢地在正负一个百分点左右波动，如图9所示。

为DVM与ADC接口

当使用数字转换器(ADC)将LTC1966 RMS结果数字化时，需要考虑LTC1966输出阻抗和低频RMS平均纹波。

最简单的配置是将LTC1966直接连接到7106/7136型ADC的输入端，如图10所示。这些器件专为DVM/DPM使用而设计，包括用于3(1/2)位LCD分段显示的显示驱动器。采用双斜率转换，在长积分窗口内对输入进行采样，当积分时间为整数个线周期时，可以抑制线频纹波。最后，这些部件的输入阻抗在G欧姆范围内，指定输入漏损为10pA至20pA。这样的泄漏，加上LTC1966输出阻抗，只会产生1μV到2μV的额外输出失调电压。

另一种固有抑制均方根平均纹波的ADC是过采样得尔塔-西格马 ADC，如LTC2420。它的输入阻抗为6.5毫欧，但只有在采样时才如此。由于这种情况最多只发生一半的时间，如果直接加载LTC1966，则会产生-0.54%到-0.73%的增益误差。事实上，LTC2420直流输入电流在0V时不是零，而是在其参考电压的一半时，因此会导致输出偏置和增益误差。这些误差会因零件而异，但对于特定的LTC1966和LTC2420组合，误差将是固定的，在温度上的变化小于±0.05%。因此，尽管有标称增益和偏移误差，但具有数字校准的系统可以相当准确。由于分辨率为20位，这部分比LTC1966更精确，但额外的分辨率是有帮助的，因为它在进行数字增益校正时减少了LSB转换的非线性。此外，它的体积小，使用方便，使其具有吸引力。

该连接如图11所示，其中LTC2420通过CS引脚接地被设置为连续转换。如果以较慢的速率驱动CS，则增益误差将较小。然而，速率应该是一致的，或者在一个足够低的速率，使LTC1966和它的输出电容在每次转换开始时已经完全解决，这样长误差是一致的。

应用程序

单电源隆隆声表

重工业应用中的振动和隆隆声可以发出设备即将发生故障的警告信号。对设备振动进行明智的监测，可以在灾难发生之前对磨损或易损件(如滚子轴承)进行预防性维护。图12显示了LTC1966如何简化此任务。R1和R2偏置LTC1966中电源输入，使总电源电流增加小于3μA。检波器处的振动能量产生交流电压，其系数约为0.88V/英寸/秒，频率响应范围为10Hz至大于500hz。R3是可选的，提供低频阻尼。LTC1966对振动能量信息进行rms -DC转换，并将其转换为简单的更容易监控的直流输出。

音频压缩

在过去30年左右的时间里，面向消费者的宽动态范围音频的可用性出现了戏剧性的增长。典型的现代电影内容经常在爆炸和耳语之间变化，以至于在家的观众需要把音量调大才能听到耳语，在爆炸镜头中，为了让孩子们睡在床上，为了和邻居保持友好关系，把音量调小。图13显示了一个音频频带压缩器，它可以自动放大窃窃私语并减弱爆炸声。该电路使用LTC1966进行幅度测量，并应用反馈来调整LT1256的有效增益。

电阻R2到R4和电容C1和C2形成一个简单的34Hz到3.4kHz的带通滤波器，R1仅仅提供一个漏路。电阻R3到R7分别将LT1256放大器路径A1和A2的增益设置为1/4和4。LTC1966测量输出并调整LT1256的V(C)引脚，通过配置为低通滤波器的LT1636，当输出幅度上升时，有利于低增益A1路径。正是这种输出幅度上升的衰减特性，实现了压缩效果。

如图所示，该电路提供13dB的压缩，将5mV至1V(RMS)的输入范围压缩为20mV至0.85V(RMS)的输出范围。图14显示了输入振幅为100Hz的正弦波的16倍步进的结果，显示了大约50ms的攻击时间。注意小信号上的增益和大信号的衰减。通过调整运放增益(R8和R9)、推频增益和衰减(R3到R7)以及LT1256满量程控制电压设置(R13和R14)，可以实现对不同输入和输出范围的更极端压缩。可实现压缩的上限由控制回路的时域响应的期望质量决定，攻击时间上的过度超调导致过度衰减的周期-对人耳产生肿胀的声音。

总结

LTC1966是RMS到dc转换的突破，为RMS测量带来了新的精度水平。它非常容易连接，并且在温度和时间上提供出色的精度，而不需要修剪。这些特点，加上其小尺寸和微功率操作，使LTC1966适用于各种RMS-to-DC应用，包括手持式测量设备。