简介：这份资料是《电子设计应用》2003年第5期的技术文章，聚焦真有效值转换器LTC1966的原理与应用，面向从事电子测量、仪器仪表开发的工程师及电子类专业师生。内容从真有效值数字电压表的基本原理切入，讲解交流电压有效值的定义与“平方—取平均—开平方”运算思路，进而剖析LTC1966采用的D-S调制器技术，说明其如何通过二阶积分器、极性转换开关与低通滤波器完成TRMS/DC转换，并给出差分与单端典型应用电路，以及由LTC1966与ICL7136构成的5量程3½位真有效值数字电压表设计，涵盖200mV至700V量程、高阻抗分压与基准电压设置等细节。资源包为1个PDF文件，约80KB，篇幅精炼，便于快速查阅原理框图、引脚功能与电路参数。目前已有2491人学习下载，适合需要掌握真有效值测量方案、进行多量程数字电压表选型与电路设计的读者参考。

1. 真有效值转换器 LTC1966 的原理与应用：从 RMS 定义到 5 量程数字电压表

万用表测交流电压，十有八九测的是“平均值”，然后按正弦波系数折算成有效值。一旦波形不是纯正弦——可控硅调光、变频器输出、开关电源纹波——读数就偏得离谱。真有效值（TRMS）转换器就是来解决这个问题的：它按定义做“平方→取平均→开平方”，不管波形长什么样，读数都对。LTC1966 是凌特公司 2002 年推出的一款 TRMS/DC 转换器，采用全新的 D-S 调制技术，50Hz~1kHz 误差只有 0.25%，线性度优于 0.02%，单电源 2.7V~5.5V 就能跑。这篇笔记拆的是它从原理到多量程数字电压表的完整落地路径，适合做手持表、面板表、电力监测模块的硬件工程师。

2. LTC1966 内部原理：D-S 调制器怎么替代对数-反对数

2.1 从有效值定义到“平方-平均-开方”电路

交流电压有效值的定义式是：

U_RMS = sqrt( (1/T) * ∫ u²(t) dt )

离散近似就是先平方、再取平均、最后开方。传统 RMS/DC 芯片（比如 AD636、AD736）走的是对数-反对数路线：先取对数，再做乘法/除法，最后反对数还原。这条路精度可以做高，但外围元件多、温漂难控、动态范围受对数电路限制。

LTC1966 换了一条路。它内部用 D-S 调制器完成除法运算，再用极性转换开关做乘法，直接算出 (U_IN)²/U_OUT，然后靠外部平均电容 C_AVE 取平均，最终输出正比于有效值的直流电压。整个信号链没有对数环节，所以线性度天然好，校准也简单——这也是它敢标 0.02% 线性度的底气。

2.2 D-S 调制器与极性转换开关的配合逻辑

D-S 调制器由二阶积分器和求和电路构成，本质上是一个一位输出的除法器。它产生的一位输出信号，其平均占空比与输入信号 U_IN 和反馈信号 U_OUT 的比值成正比：

Duty ∝ U_IN / U_OUT

极性转换开关相当于乘法器，对 U_IN 和 D-S 调制器的一位输出做乘法，得到 (U_IN)²/U_OUT。这个电压送到 U_OUT 引脚，经 C_AVE 滤波后就是平均值。整个环路稳定后，U_OUT 就等于 U_IN 的有效值。

这里的关键参数是 C_AVE。它和内部电阻 r 一起构成低通滤波器，决定平均时间常数。C_AVE 选小了，输出纹波大；选大了，响应慢。数据手册给的典型值是 1μF，但实际选值要看输入频率下限。

2.3 引脚功能与供电配置

LTC1966 是 MSOP-8 封装，引脚不多，但每个都有讲究：

供电很灵活：单电源 2.7V~5.5V，或者双电源最大 ±5.5V。单电源时 U_SS 接地，双电源时接负轨。EN 脚拉低芯片工作，拉高进入关断状态，静态电流大幅下降——做电池供电的仪表时这个脚一定要用起来。

注意：COM 脚在 AC+DC 输入情况下，U_OUT 与 COM 之间会不平衡，这时 COM 要对地接一个小电阻，否则输出会偏。

3. 典型应用电路：差分输入与单端输入怎么选

3.1 差分输入电路与隔直电容取值

图 2a 是差分输入方式：交流信号峰峰值不超过 1V，+5V 单电源供电，C_C 是隔直电容。差分输入的好处是能抑制共模干扰，适合信号源和测量系统不共地的场景。

隔直电容 C_C 的取值和输入信号频率有关。它和输入阻抗构成高通，截止频率要低于最低工作频率。LTC1966 的差分输入阻抗不是恒定的，它随输入电压变化，所以 C_C 不能简单按固定电阻算。常见做法是：最低频率 50Hz 时，C_C 取 1μF 以上；如果要做 10Hz 以下的低频测量，C_C 得加到 10μF 甚至更大，而且要用薄膜电容，电解电容的漏电流会带来直流误差。

# 差分输入隔直电容估算（经验公式） # f_c = 1 / (2 * pi * R_in * C_C) # LTC1966 差分输入等效阻抗约 50kΩ（典型值，随输入变化） # 要求 f_c <= 最低工作频率 / 10 # 例：最低频率 50Hz，f_c 取 5Hz # C_C = 1 / (2 * 3.14 * 50e3 * 5) ≈ 0.64μF，取 1μF

上面这段估算只是给个起点。实际调试时，用信号源从最低频率开始扫，看输出是否随频率下降而明显偏低——如果偏低，就是 C_C 不够大。

3.2 单端输入与关断控制接法

图 2b 是单端输入方式：+2.7V 单电源供电，EN 脚直接接 CMOS 电路输出。单端输入适合信号源和测量系统共地的场景，电路更简单，但共模抑制能力不如差分。

单端接法时，U_IN2 通过电容接地，U_IN1 接信号。EN 脚接 CMOS 输出，低电平工作时芯片正常转换，高电平时进入关断。关断状态下，U_OUT 引脚呈高阻，后级 A/D 如果直接接在这里，要注意输入阻抗匹配。

提示：单电源 2.7V 供电时，输入信号峰峰值不能超过电源电压范围，否则内部保护二极管会导通，导致读数非线性。如果信号幅度可能超限，前面要加限幅电路。

3.3 平均电容 C_AVE 的选型与布局

C_AVE 是 LTC1966 外围最关键的元件。它接在 U_OUT 和 COM 之间，和内部电阻一起决定平均时间常数。

选型要点：

• 必须用薄膜电容，聚酯电容就行，不能用电解电容。电解电容的介质吸收和漏电流会直接变成输出误差。
• 典型值 1μF，但输入频率越低，C_AVE 要越大。50Hz 时 1μF 够用，10Hz 时建议 4.7μF 以上。
• 布局上 C_AVE 要尽量靠近 U_OUT 和 COM 引脚，走线短而粗，减少寄生电感。

# C_AVE 与输出纹波、响应时间的关系（经验值） # 输出纹波 V_ripple ≈ I_ripple / (2 * pi * f_in * C_AVE) # 响应时间 t_response ≈ 5 * R_internal * C_AVE # R_internal 约 20kΩ（典型值） # 例：C_AVE = 1μF，t_response ≈ 5 * 20e3 * 1e-6 = 0.1s # 如果要求响应时间小于 50ms，C_AVE 要降到 0.47μF 以下

响应时间和纹波是一对矛盾。做手持表时，响应太快读数跳，太慢用户等得着急。我一般先按 0.1s 响应时间选 C_AVE，再根据实际纹波微调。

4. 5 量程 3 1/2 位真有效值数字电压表：从分压器到 A/D

4.1 高阻抗分压器与量程切换

图 3 的电路用 LTC1966 加 ICL7136 构成 5 量程 3 1/2 位数字电压表，量程分别是 200mV、2V、20V、200V、700V。分压器由精密电阻 R1~R5 组成，总阻值 10MΩ，保证输入阻抗足够高，不加载被测电路。

S1 是量程开关，输入电压先被衰减到 200mV 以下，再经限流电阻 R6 送到 LTC1966 的第 2 脚。VD1、VD2 是双向限幅保护二极管，防止输入过压打坏芯片。

分压电阻的精度直接决定整机精度。200mV 基本量程不经过分压，直接进 LTC1966；其他量程靠电阻分压比来定。R1~R5 要用精密电阻，温漂要匹配，否则不同量程的读数会不一致。

4.2 ICL7136 基准与 A/D 接口

ICL7136 是微功耗 3 1/2 位 A/D 转换器，LTC1966 的输出直接加到它的模拟输入端。ICL7136 用外基准，ICL8069 提供 1.2V 基准电压源，通过 R8 和 RP 分压后得到 U_REF = 100.0mV，基本量程就是 200mV。

RP 是可调电阻，用来校准基准。校准步骤：输入一个已知的 200mV 交流信号（比如用标准源输出 200mV 有效值），调 RP 使显示为 200.0mV。基本量程校准好后，其他量程靠分压电阻的精度保证。

# ICL7136 基准校准流程 # 1. 量程开关打到 200mV # 2. 输入端接标准交流源，输出 200.0mV RMS，频率 50Hz # 3. 调 RP，使 ICL7136 显示 200.0 # 4. 换 2V 量程，输入 2.000V RMS，看显示是否为 2.000 # 5. 如果偏差大，检查 R1/R2 分压比

4.3 电源与关断控制

整机用 9V 叠层电池供电，C4 是电源滤波电容。LTC1966 的 U_DD 接 +5V，U_SS 接地，单电源工作。ICL7136 也接同一路电源。

S2 是测量/备用模式选择开关。常态下 S2 闭合，LTC1966 的 EN 脚拉低，芯片正常工作。断开 S2 时，EN 脚被拉高，LTC1966 进入关断状态，功耗大幅下降。做手持表时，这个开关就是“省电键”——不测量时拨到备用，电池能多撑很久。

注意：LTC1966 关断后，U_OUT 引脚呈高阻，ICL7136 的输入会悬空。如果 ICL7136 没有内部下拉，显示会乱跳。常见做法是在 U_OUT 对地接一个高阻电阻（比如 1MΩ），给 A/D 输入一个确定的电位。

5. 避坑与排查：LTC1966 实战中容易翻车的五个点

5.1 读数随频率下降而偏低

现象：输入信号幅度不变，频率从 1kHz 降到 50Hz，读数慢慢往下掉。

原因：隔直电容 C_C 或平均电容 C_AVE 取值不够。C_C 太小，低频时容抗增大，信号被衰减；C_AVE 太小，低频时平均不充分，输出纹波大，A/D 采样到的是纹波峰值而不是平均值。

解决：按最低工作频率重新算 C_C 和 C_AVE。50Hz 时 C_C 至少 1μF，C_AVE 至少 1μF；10Hz 时 C_C 加到 10μF，C_AVE 加到 4.7μF。换薄膜电容，别用电解。

5.2 小信号读数跳变

现象：输入 10mV 以下时，读数不稳定，末位跳好几个字。

原因：LTC1966 的输出纹波在低输入时相对占比大，加上 ICL7136 的输入失调和噪声，导致末位跳动。

解决：增大 C_AVE 降低纹波，或者在 LTC1966 输出和 ICL7136 输入之间加一级 RC 低通。RC 截止频率取 1Hz 左右，电阻 100kΩ、电容 1μF 就行。但注意 RC 会引入额外响应延迟。

5.3 双电源供电时输出偏置

现象：双电源 ±5V 供电，输入短路时输出不是 0V，而是几十毫伏。

原因：COM 脚处理不当。双电源时 COM 一般接地，但 U_OUT 和 COM 之间的不平衡电流会在外部电阻上产生压降。

解决：COM 脚对地接一个小电阻（比如 100Ω），给不平衡电流一个泄放路径。同时检查 U_SS 是否确实接了负轨，虚焊会导致内部参考偏移。

5.4 关断后显示乱跳

现象：S2 断开进入备用模式，ICL7136 显示乱跳或显示“1”。

原因：LTC1966 关断后 U_OUT 高阻，ICL7136 输入悬空，采到的是噪声。

解决：在 U_OUT 对地接 1MΩ 电阻，给 A/D 输入确定电位。或者用 S2 同时切换 ICL7136 的输入，关断时把 A/D 输入短接到地。

5.5 分压电阻温漂导致量程不一致

现象：200mV 量程校准好了，2V 和 20V 量程读数偏 1% 以上。

原因：R1~R5 的温漂不匹配，或者电阻精度不够。分压比靠电阻比值保证，单个电阻的绝对误差会被比值抵消，但温漂不会。

解决：用同一批次、同一温漂系数的精密电阻。如果要求高，用电阻网络（比如 Vishay 的 MPM 系列），比值温漂能做到 5ppm/°C 以内。校准的时候每个量程单独校，别只校基本量程。

6. 进阶技巧：用 LTC1966 做 AC+DC 测量与校准

LTC1966 有一个容易被忽略的能力：它能测 AC+DC 混合信号的真有效值。普通 AC 耦合的真有效值转换器，隔直电容把直流分量滤掉了，测出来只是交流部分的有效值。但 LTC1966 的差分输入可以配置成 DC 耦合，直接测 AC+DC 的总有效值。

具体做法：去掉输入端的隔直电容，U_IN1 和 U_IN2 直接接信号两端。这时 LTC1966 测的是 (U_AC² + U_DC²) 的平方根。做电源纹波测量、电池内阻测试时，这个模式很有用——纹波和直流偏置一起测，不用分开算。

校准方面，LTC1966 的校准比对数型 RMS 芯片简单得多。因为线性度好，基本量程校准一个点就行，其他量程靠分压电阻保证。我一般用 Fluke 5500A 或者国产的标准源，输出 50Hz 和 1kHz 两个频率点，分别校准。如果两个频率点校准结果差得多，说明 C_AVE 或 C_C 的频率特性有问题，得回去查电容。

# AC+DC 测量模式配置 # 1. 去掉输入隔直电容 C_C # 2. U_IN1 接信号正端，U_IN2 接信号负端（或地） # 3. 确认输入共模范围在 U_SS 到 U_DD 之间 # 4. 输出读数即为 AC+DC 总有效值 # 5. 如需分离 AC 分量，另做一路 AC 耦合测量，用 sqrt(总² - DC²) 算

最后说一个血泪教训：C_AVE 的布局比选值还重要。我早期做的一块板子，C_AVE 离芯片 5mm，走线细长，结果输出纹波比手册标称值大了一倍。后来把 C_AVE 挪到紧贴 U_OUT 和 COM 引脚，纹波立刻降下来。从那以后我每次画 LTC1966 的板子，C_AVE 都强制放在芯片旁边 2mm 以内，走线能多短就多短。希望帮到你。

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