深入解析ADC10731/ADC10732/ADC10734/ADC10738 10位帶符號串行I/O A/D轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器扮演著至關(guān)重要的角色，它是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的ADC10731、ADC10732、ADC10734和ADC10738這一系列10位帶符號串行I/O A/D轉(zhuǎn)換器，了解它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

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產(chǎn)品概述

ADC10731、ADC10732和ADC10734已停產(chǎn)或處于生命周期采購階段，僅作參考。這一系列CMOS 10位帶符號逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器具有多功能模擬輸入多路復(fù)用器、采樣/保持功能和2.5V帶隙基準。1、2、4或8通道多路復(fù)用器可通過軟件配置為單端或差分工作模式。

特性亮點

輸入范圍與接口

• 寬輸入范圍：模擬輸入范圍為0V至模擬電源電壓，且能承受一定的過壓和欠壓，在-50mV至$V^{+}+50mV$范圍內(nèi)不影響轉(zhuǎn)換精度。
• 串行I/O接口：支持串行I/O，與MICROWIRE兼容，方便與各種控制器和微處理器接口。

電源管理與性能

• 電源模式：具備軟件或硬件掉電功能，在掉電模式下功耗極低，僅18μW，正常工作時最大功耗為37mW。
• 轉(zhuǎn)換速度：轉(zhuǎn)換時間最大為5μs，采樣率最大可達74kHz，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的實時性要求。

精度與穩(wěn)定性

• 無失碼：在整個溫度范圍內(nèi)無失碼，保證了轉(zhuǎn)換的準確性。
• 基準電壓：內(nèi)置2.5V帶隙基準，精度為±2%，為轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的參考。

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列轉(zhuǎn)換器適用于多種應(yīng)用場景，如醫(yī)療儀器、便攜式和遠程儀器儀表以及測試設(shè)備等。在這些應(yīng)用中，其高精度、低功耗和靈活的輸入配置能夠滿足不同的需求。

關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

引腳說明

了解引腳功能是正確使用該轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵，以下是主要引腳的說明：

• CLK：時鐘輸入，控制逐次逼近轉(zhuǎn)換時間間隔、采集時間和串行數(shù)據(jù)交換速率。
• DI：串行數(shù)據(jù)輸入，用于選擇模擬輸入多路復(fù)用器的通道。
• DO：數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過該引腳輸出。
• CS：芯片選擇，控制轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。
• PD：掉電輸入，高電平使轉(zhuǎn)換器掉電，低電平上電。

電氣特性

靜態(tài)特性

• 有符號轉(zhuǎn)換：分辨率為10位 + 符號，總未調(diào)整誤差（TUE）最大為±2.0 LSB，積分線性誤差（INL）最大為+1.25 LSB。
• 無符號轉(zhuǎn)換：分辨率為10位，TUE在特定條件下為+0.75 LSB，INL為+0.50 LSB。

動態(tài)特性

• 有符號轉(zhuǎn)換：信號與噪聲加失真比（S/(N+D)）在特定輸入條件下為67dB，有效位數(shù)（ENOB）為10.8位。
• 無符號轉(zhuǎn)換：S/(N+D)為60dB，ENOB為9.8位。

應(yīng)用提示

數(shù)字接口

• 工作模式：有兩種工作模式，$overline{CS}$在轉(zhuǎn)換期間保持低電平可獲得最快的吞吐量；$overline{CS}$在轉(zhuǎn)換期間置高可延遲輸出數(shù)據(jù)，簡化與其他設(shè)備的接口。
• 初始化：上電后需要初始化，若$overline{CS}$在供電時為低電平，需將其置高至少1個時鐘周期。

電源管理

• 軟件和硬件掉電：支持軟件或硬件掉電，掉電時的功耗受數(shù)字輸入電壓電平影響，CMOS邏輯電平可實現(xiàn)最低功耗。

架構(gòu)原理

在轉(zhuǎn)換開始前，模擬輸入采樣期間對采樣數(shù)據(jù)比較器進行歸零操作，將正輸入通道連接到A/D的輸入電容，充電至正模擬輸入電壓。轉(zhuǎn)換開始后，比較器反饋開關(guān)打開，輸入電容切換到負輸入電壓，通過逐次逼近算法重新分配電容陣列上的電荷，最終得到數(shù)字輸出。

設(shè)計要點

多路復(fù)用器配置

• 工作模式：輸入通道可通過軟件配置為差分、單端或偽差分模式，提供了靈活的輸入選擇。
• 電壓范圍：每個通道的模擬輸入電壓范圍為-50mV至$V^{+}+50mV$，超出此范圍可能影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。

參考電壓考慮

• 電壓跨度：$V{REF}^{+}$和$V{REF}^{-}$輸入之間的電壓差定義了模擬輸入電壓跨度，可用于比例應(yīng)用或需要絕對精度的系統(tǒng)。
• 內(nèi)部基準：內(nèi)置2.5V帶隙基準可作為輸出，但需要用100μF電容旁路以確保最佳性能。

模擬輸入處理

• 旁路電容：當源電阻大于1kΩ時，不建議使用輸入旁路電容，可采用運放RC有源低通濾波器進行阻抗緩沖和噪聲濾波。
• 共模信號：在真正的差分輸入級，共模信號不能完全消除，會導(dǎo)致一定的轉(zhuǎn)換誤差，可通過公式計算誤差大小。

可選調(diào)整

• 零誤差調(diào)整：可通過偏置負輸入來調(diào)整有效“零”電壓，使轉(zhuǎn)換器在最小輸入電壓時輸出全零數(shù)字代碼。
• 滿量程調(diào)整：通過施加特定的差分輸入電壓并調(diào)整$V_{REF}$電壓來實現(xiàn)滿量程調(diào)整。

輸入采樣和保持

• 采樣過程：采樣/保持電容在電容陣列中實現(xiàn)，在采集時間內(nèi)對選定的正模擬輸入進行采樣，采集時間為4.5個時鐘周期。
• 信號與噪聲比：理想的10位帶符號A/D轉(zhuǎn)換器的信號與噪聲加失真比約為68dB。

總結(jié)

ADC10731/ADC10732/ADC10734/ADC10738系列A/D轉(zhuǎn)換器以其高精度、低功耗和靈活的輸入配置，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式、配置參考電壓和處理模擬輸入，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應(yīng)用這一系列轉(zhuǎn)換器。

你在使用這些轉(zhuǎn)換器的過程中遇到過哪些問題？或者對它們的應(yīng)用有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)分享交流。