深入剖析ADS7845：觸摸屏幕控制器的卓越之選

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，觸摸屏幕技術(shù)已經(jīng)成為了眾多設(shè)備不可或缺的一部分。而ADS7845作為一款專門的觸摸屏幕控制器，以其出色的性能和豐富的特性，在市場(chǎng)上占據(jù)了重要的地位。今天，我們就來深入剖析一下這款器件。

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一、ADS7845概述

ADS7845是一款12位采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），具備同步串行接口和低導(dǎo)通電阻開關(guān)，專為驅(qū)動(dòng)觸摸屏幕而設(shè)計(jì)。它采用單電源供電，電壓范圍為2V至5V，最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)125kHz，還支持可編程的8位或12位分辨率，同時(shí)擁有輔助模擬輸入和全功率關(guān)斷控制功能。這些特性使得它在個(gè)人數(shù)字助理、便攜式儀器、銷售點(diǎn)終端、尋呼機(jī)和觸摸屏顯示器等眾多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

二、關(guān)鍵特性解析

（一）電氣特性

ADS7845的電氣特性十分出色。它的分辨率最高可達(dá)12位，能夠提供高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在模擬輸入方面，全量程輸入跨度為0 - (V{REF})，絕對(duì)輸入范圍為 - 0.2V至(V{REF}+0.2V)，輸入電容為25pF，泄漏電流較小，正輸入和負(fù)輸入的泄漏電流分別為(V{REF})和(+V{CC}+0.2)時(shí)為25μA和0.1μA。噪聲方面，噪聲功率為30μVrms，電源抑制比可達(dá)70dB，能夠有效減少外界干擾對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。

（二）開關(guān)驅(qū)動(dòng)與采樣動(dòng)態(tài)特性

開關(guān)驅(qū)動(dòng)和采樣動(dòng)態(tài)特性也是ADS7845的一大亮點(diǎn)。轉(zhuǎn)換時(shí)間為3 - 12個(gè)時(shí)鐘周期，采集時(shí)間為500個(gè)時(shí)鐘周期，吞吐量速率最高可達(dá)125kHz，多路復(fù)用器建立時(shí)間為100ns，孔徑延遲為100ns，孔徑抖動(dòng)為ps級(jí)別，通道間隔離度為dB級(jí)別。這些特性保證了它在高速轉(zhuǎn)換和多通道切換時(shí)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（三）參考輸入特性

參考輸入范圍為1V至(+V{CC})，電阻為5Ω，輸入電流為13μA（(V{REF}=2.5V)，(f_{SAMPLE}=125kHz)）。需要注意的是，參考電壓的變化會(huì)影響每個(gè)數(shù)字輸出代碼的模擬電壓權(quán)重，即LSB大小。當(dāng)參考電壓降低時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器固有的任何失調(diào)或增益誤差在LSB大小方面會(huì)顯得更大，因此在使用較低參考電壓時(shí)，需要注意提供干凈的布局和低噪聲的電源、參考和輸入信號(hào)。

（四）數(shù)字輸入/輸出特性

數(shù)字輸入/輸出方面，邏輯家族為CMOS，數(shù)據(jù)格式為直二進(jìn)制。除PENIRQ外，邏輯電平(V{IH})、(V{IL})、(V{OH})、(V{OL})都有明確的規(guī)定。PENIRQ的(V_{OL})在特定條件下也有相應(yīng)的要求。

（五）電源供應(yīng)要求

電源供應(yīng)要求方面，(+V{CC})的范圍為2.7V至5.5V，靜態(tài)電流在不同工作模式下有所不同，正常工作時(shí)為280μA，關(guān)機(jī)模式下（(DCLK = DIN = +V{CC})）為3μA，功耗在不同工作模式下也有相應(yīng)的變化。

（六）溫度范圍

溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能夠適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

三、工作原理詳解

（一）基本架構(gòu)

ADS7845是一款經(jīng)典的逐次逼近寄存器（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器，基于電容再分配架構(gòu)，本身具備采樣/保持功能，采用0.6μs CMOS工藝制造。它需要外部參考電壓和外部時(shí)鐘，單電源供電范圍為2.0V至5.25V，外部參考電壓范圍為1V至(+V_{CC})，參考電壓直接決定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。

（二）模擬輸入

模擬輸入通過WIPER輸入提供。在測(cè)量模式下，通過不同的面板連接方式可以進(jìn)行X和Y位置的測(cè)量。通過保持轉(zhuǎn)換器的差分輸入和差分參考架構(gòu)，可以消除開關(guān)導(dǎo)通電阻誤差。輸入多路復(fù)用器和A/D轉(zhuǎn)換器的差分輸入以及差分參考之間的關(guān)系由控制位A2、A1、A0和SER/DFR決定。在采樣期間，模擬源需要對(duì)內(nèi)部采樣電容（典型值為25pF）進(jìn)行充電，充電完成后不再有輸入電流。

（三）參考輸入

參考輸入的電壓差決定了模擬輸入范圍。(V_{REF})輸入的電壓直接驅(qū)動(dòng)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（CDAC）部分，輸入電流會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果和轉(zhuǎn)換速率、參考電壓而變化。在開關(guān)驅(qū)動(dòng)開啟的測(cè)量中，需要注意參考電壓的設(shè)置。在單端參考模式下，外部設(shè)備僅在采集期間供電；而在差分參考模式下，外部設(shè)備在采集和轉(zhuǎn)換期間都需要供電，可能會(huì)增加功耗。

（四）數(shù)字接口

數(shù)字接口方面，每次通信由8個(gè)時(shí)鐘周期組成，一次完整的轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期。控制字節(jié)通過DIN引腳串行提供，其中包含了控制位S、A2 - A0、MODE、SER/DFR、PD1 - PD0。這些控制位分別控制著轉(zhuǎn)換的起始、通道選擇、分辨率、參考模式和功率模式。

四、功耗與布局考慮

（一）功耗分析

ADS7845有全功率（(PD1 - PD0 = 11{B})）和自動(dòng)功率關(guān)斷（(PD1 - PD0 = 00{B})）兩種主要功率模式。轉(zhuǎn)換速率和DCLK頻率的設(shè)置會(huì)影響兩種模式下的功耗差異。此外，參考模式也會(huì)對(duì)功耗產(chǎn)生影響，差分參考模式在高轉(zhuǎn)換速率下可能會(huì)顯著增加功耗。

（二）布局建議

為了獲得最佳性能，在布局時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 電源要干凈且有良好的旁路電容，0.1μF陶瓷旁路電容應(yīng)盡量靠近器件，若(+V_{CC})與電源之間的連接阻抗較高，可能還需要1μF至10μF的電容。
2. 參考電壓同樣需要用0.1μF電容旁路，若參考電壓來自運(yùn)算放大器，要確保其能驅(qū)動(dòng)旁路電容而不產(chǎn)生振蕩。
3. GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點(diǎn)，避免靠近微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器的接地點(diǎn)，理想情況下應(yīng)設(shè)置專用的模擬接地平面。
4. 與電阻式觸摸屏連接時(shí)，連接應(yīng)盡量短且牢固，以減少誤差。

五、PENIRQ輸出功能

PENIRQ輸出功能通過連接上拉電阻到(V_{CC})（典型值為100kΩ）使其輸出為高電平。在電源關(guān)斷模式下（(PD0 = PD1 = 0)），右下角面板連接到GND，PENIRQ輸出連接到WIPER輸入。當(dāng)面板被觸摸時(shí)，PENIRQ輸出變低，觸發(fā)處理器中斷。在X和Y位置測(cè)量周期內(nèi)，PENIRQ輸出二極管會(huì)內(nèi)部連接到GND，WIPER與PENIRQ二極管斷開，以消除上拉電阻的泄漏電流。

六、總結(jié)

ADS7845作為一款優(yōu)秀的觸摸屏幕控制器，憑借其高精度、低功耗、高速轉(zhuǎn)換等特性，在觸摸屏幕應(yīng)用領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮其電氣特性、工作原理、功耗和布局等方面的因素，以確保其性能的充分發(fā)揮。各位工程師在使用過程中，是否也遇到過一些獨(dú)特的問題或者有一些巧妙的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。