高速低功耗8通道12位ADC：AD7859/AD7859L詳解

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討ADI公司的AD7859/AD7859L這兩款高速低功耗的8通道12位ADC，為電子工程師們?nèi)嫫饰銎涮匦?、性能及?yīng)用要點(diǎn)。

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產(chǎn)品特性一覽

供電與速度

AD7859/AD7859L可在3V至5.5V的單電源電壓下工作，AD7859的采樣率高達(dá)200kSPS，而AD7859L則為100kSPS，能滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)速度的需求。

校準(zhǔn)功能

具備系統(tǒng)校準(zhǔn)和自校準(zhǔn)選項(xiàng)，可確保在不同時(shí)間和溫度條件下的準(zhǔn)確運(yùn)行，有效降低ADC內(nèi)部誤差，提升直流性能。

低功耗設(shè)計(jì)

在正常工作模式下，AD7859在3V電源時(shí)功耗為15mW，AD7859L僅為5.5mW。采用轉(zhuǎn)換后自動(dòng)掉電功能，功耗可進(jìn)一步降低，如AD7859在3V、10kSPS時(shí)功耗為1.3mW，AD7859L在相同條件下為650μW。

靈活接口

提供16位并行和8位并行兩種接口模式，方便與不同的微處理器或DSP進(jìn)行連接。

封裝形式

采用44引腳的PQFP和PLCC封裝，節(jié)省電路板空間。

性能指標(biāo)解析

動(dòng)態(tài)性能

• 信噪比（SNR）：典型值可達(dá)72dB，能有效抑制噪聲和失真，保證信號(hào)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。
• 總諧波失真（THD）：最大為 - 78dB，確保輸出信號(hào)的純凈度。
• 通道間隔離度：典型值為 - 80dB，減少通道間的干擾。

直流精度

• 分辨率：12位，可提供較高的量化精度。
• 積分非線(xiàn)性（INL）和微分非線(xiàn)性（DNL）：最大分別為±1LSB和±0.5LSB，保證轉(zhuǎn)換的線(xiàn)性度。
• 偏移誤差和滿(mǎn)量程誤差：均在合理范圍內(nèi)，確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

工作原理與電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換器細(xì)節(jié)

AD7859/AD7859L基于傳統(tǒng)的逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，以電容DAC為核心。轉(zhuǎn)換可通過(guò)脈沖CONVST輸入或?qū)懭肟刂萍拇嫫鱽?lái)啟動(dòng)。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，跟蹤保持放大器在CONVST上升沿從跟蹤模式切換到保持模式，CLKIN信號(hào)下降沿觸發(fā)轉(zhuǎn)換。

模擬輸入

模擬輸入范圍為0至$V_{REF}$，可選擇單極性或雙極性模式。輸入等效電路包含跟蹤保持放大器和電容DAC，AIN( - )引腳電壓在轉(zhuǎn)換期間需保持恒定，以確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

參考部分

參考電壓范圍為2.3V至$AV{DD}$，可使用內(nèi)部參考或外部參考。使用內(nèi)部參考時(shí)，$REF{IN}/REF_{OUT}$引腳需用100nF電容去耦；使用外部參考時(shí)，建議選擇低源阻抗的參考源。

校準(zhǔn)功能深入分析

校準(zhǔn)模式

包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)兩種模式。自校準(zhǔn)可去除內(nèi)部DAC、增益和偏移誤差；系統(tǒng)校準(zhǔn)則可消除系統(tǒng)外部誤差，最大校準(zhǔn)范圍為系統(tǒng)偏移誤差±5%$V{REF}$，系統(tǒng)增益誤差±2.5%$V{REF}$。

校準(zhǔn)時(shí)間

校準(zhǔn)時(shí)間與主時(shí)鐘頻率相關(guān)，AD7859在4MHz主時(shí)鐘下，全增益 + 偏移校準(zhǔn)時(shí)間為31.25ms，偏移和增益校準(zhǔn)時(shí)間均為3.47ms；AD7859L由于主時(shí)鐘頻率為1.8MHz，校準(zhǔn)時(shí)間更長(zhǎng)。

電源管理與功耗優(yōu)化

電源管理選項(xiàng)

通過(guò)編程控制寄存器中的PMGT1和PMGT0位，并結(jié)合SLEEP引腳，可實(shí)現(xiàn)全功率掉電、部分功率掉電和正常工作模式的切換。

功耗與吞吐量關(guān)系

在低吞吐量下，全功率掉電模式可顯著降低功耗。例如，AD7859在1kSPS時(shí)功耗為2.6mW，AD7859L在10kSPS時(shí)功耗為650μW。

應(yīng)用提示與注意事項(xiàng)

接地與布局

模擬和數(shù)字電源獨(dú)立引腳，以減少模擬和數(shù)字部分的耦合。印刷電路板設(shè)計(jì)應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開(kāi)，采用接地平面和最小蝕刻技術(shù)，避免數(shù)字線(xiàn)在器件下方布線(xiàn)，確保良好的抗干擾性能。

評(píng)估與測(cè)試

ADI提供的評(píng)估板可用于評(píng)估AD7859/AD7859L的交流和直流性能，通過(guò)軟件可進(jìn)行FFT和直方圖測(cè)試，并可對(duì)片上寄存器進(jìn)行編程。

總結(jié)

AD7859/AD7859L以其高速、低功耗、高精度和靈活的接口等特性，適用于電池供電系統(tǒng)、筆式計(jì)算機(jī)、儀器儀表和控制系統(tǒng)等多種應(yīng)用場(chǎng)景。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)，并注意電路布局和校準(zhǔn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類(lèi)似ADC時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。