AD7386/AD7387/AD7388：高速SAR ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們來深入了解Analog Devices推出的AD7386/AD7387/AD7388系列4通道、4 MSPS、16位/14位/12位、雙路同時(shí)采樣SAR ADC。

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產(chǎn)品概述

AD7386/AD7387/AD7388是一系列高性能的SAR ADC，它們具有多種位數(shù)可選（16位、14位、12位），能夠滿足不同應(yīng)用場景對(duì)分辨率的需求。這些ADC采用單端模擬輸入，擁有4個(gè)通道和2:1多路復(fù)用器，支持通道序列器模式，最高吞吐量可達(dá)4 MSPS。

主要特性

• 高分辨率與高精度：提供16位、14位、12位三種分辨率選擇，滿足不同精度要求。INL（典型值）方面，AD7386為±1.5 LSB，AD7387為±0.5 LSB，AD7388為±0.2 LSB。
• 出色的動(dòng)態(tài)性能：SNR（典型值）表現(xiàn)優(yōu)秀，例如AD7386在(V{REF }=3.3 ~V)外部參考時(shí)可達(dá)87.5 dB，AD7387為84 dB，AD7388為73.8 dB。在(OSR =8)、(V{REF }=2.5 ~V)內(nèi)部參考時(shí)，AD7386的SNR可達(dá)93 dB。
• 片上功能豐富：具備片上過采樣功能，可提高動(dòng)態(tài)范圍和降低噪聲；支持分辨率提升功能；擁有2.5 V內(nèi)部參考，溫度系數(shù)最大為10 ppm/°C；還具備警報(bào)功能。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為?40°C至+125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。
• 小封裝設(shè)計(jì)：采用16引腳、3 mm × 3 mm LFCSP封裝，節(jié)省電路板空間。

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列ADC適用于多種應(yīng)用場景，包括但不限于：

• 電機(jī)控制：用于電機(jī)控制的位置反饋和電流傳感，確保電機(jī)的精確控制。
• 聲納系統(tǒng)：為聲納設(shè)備提供高精度的信號(hào)采集，提高探測精度。
• 電力質(zhì)量監(jiān)測：實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集場合，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 摻鉺光纖放大器（EDFA）：在光通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，提升信號(hào)質(zhì)量。
• 同相和正交解調(diào)：用于無線通信等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確解調(diào)。

工作原理

電路結(jié)構(gòu)

AD7386/AD7387/AD7388包含兩個(gè)SAR ADC、一個(gè)多路復(fù)用器、一個(gè)序列器和一個(gè)帶有兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)輸出引腳的串行接口。它們采用16引腳LFCSP封裝，相比其他解決方案具有顯著的空間優(yōu)勢(shì)。

轉(zhuǎn)換過程

ADC基于兩個(gè)電容式DAC工作。在采集階段，采樣電容陣列獲取輸入信號(hào)；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，控制邏輯和電荷再分配DAC調(diào)整電容式DAC的電荷量，使比較器重新平衡，從而完成轉(zhuǎn)換。

模擬輸入結(jié)構(gòu)

模擬輸入結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)用于ESD保護(hù)的二極管，以及電容和電阻元件。C1電容通常為3 pF，主要?dú)w因于引腳電容；R1電阻約為200 Ω；C2采樣電容典型值為15 pF。

ADC傳輸函數(shù)

該系列ADC使用2.5 V至3.3 V的參考電壓，將模擬輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)果為MSB優(yōu)先的直二進(jìn)制格式，LSB大小取決于分辨率和參考電壓。

工作模式

通道選擇

通過設(shè)置CONFIGURATION1寄存器中的CH位，可以選擇要轉(zhuǎn)換的ADC通道對(duì)（AINA0/AINB0或AINA1/AINB1）。如果通道發(fā)生變化，ADC需要額外的建立時(shí)間，通道切換時(shí)的最大吞吐量為2 MSPS。

序列器

可以通過CONFIGURATION1寄存器中的SEQ位配置序列器。當(dāng)SEQ位設(shè)置為1時(shí)，序列器啟用，自動(dòng)循環(huán)通過AINx0和AINx1通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。同樣，通道切換時(shí)需要額外的建立時(shí)間，最大吞吐量為2 MSPS。

過采樣

AD7386/AD7387/AD7388提供兩種過采樣模式：正常平均過采樣和滾動(dòng)平均過采樣。

• 正常平均過采樣：適用于允許較慢輸出數(shù)據(jù)速率且需要更高SNR或動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用。通過對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行求和并求平均值，減少量化噪聲和熱噪聲。輸出結(jié)果會(huì)根據(jù)不同型號(hào)進(jìn)行降采樣，如需更高分辨率，可配置RES位。
• 滾動(dòng)平均過采樣：適用于需要較高輸出數(shù)據(jù)速率且需要更高SNR或動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用。使用FIFO緩沖區(qū)存儲(chǔ)最近的樣本，ADC吞吐量和輸出數(shù)據(jù)速率保持不變。

分辨率提升

當(dāng)片上過采樣功能啟用時(shí)，通過設(shè)置CONFIGURATION1寄存器中的RES位為1，可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果的分辨率提高2位。例如，AD7386的轉(zhuǎn)換結(jié)果大小可從16位提升到18位。

警報(bào)功能

警報(bào)功能可作為超出范圍的指示器。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果超出ALERT_HIGH_THRESHOLD寄存器中的上限值或低于ALERT_LOW_THRESHOLD寄存器中的下限值時(shí)，會(huì)觸發(fā)警報(bào)事件。通過配置相關(guān)寄存器，可以將警報(bào)信號(hào)輸出到SDOB/ALERT引腳。

電源模式

該系列ADC有正常模式和掉電模式兩種電源模式?？梢酝ㄟ^CONFIGURATION1寄存器中的PMODE位進(jìn)行配置。

• 正常模式：保持ADC全速運(yùn)行，所有模塊始終供電，可通過(overline{CS})的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。不進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，設(shè)備進(jìn)入靜態(tài)模式，功耗自動(dòng)降低。
• 掉電模式：適用于需要較低吞吐量和功耗的應(yīng)用。進(jìn)入掉電模式后，模擬電路和內(nèi)部參考（如果啟用）將關(guān)閉，但串行接口仍保持活動(dòng)，以便退出掉電模式。

接口與寄存器配置

接口

AD7386/AD7387/AD7388通過SPI接口進(jìn)行通信，包括(overline{CS})、SCLK、SDOA、SDOB/ALERT和SDI引腳。(overline{CS})信號(hào)用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和幀定界，SCLK信號(hào)用于同步數(shù)據(jù)傳輸。

讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

轉(zhuǎn)換結(jié)果在(overline{CS})的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過一個(gè)周期的延遲，可在下一次SPI訪問時(shí)讀取。轉(zhuǎn)換結(jié)果通過SDOA和SDOB/ALERT引腳輸出，輸出位數(shù)取決于設(shè)備分辨率和配置。

寄存器配置

該系列ADC具有多個(gè)用戶可編程的片上寄存器，用于配置設(shè)備的各種功能。例如，CONFIGURATION1寄存器用于設(shè)置通道選擇、序列器、過采樣模式、CRC功能等；CONFIGURATION2寄存器用于設(shè)置串行輸出模式和復(fù)位功能。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

信號(hào)鏈連接

在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)(VCC)、VLOGIC、REGCAP和REFIO引腳進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜ヱ?。模擬輸入應(yīng)放置差分RC濾波器，推薦電阻(R = 33 Omega)，電容(C = 330 pF)。同時(shí)，要注意數(shù)字接口的噪聲問題，可通過縮短數(shù)字線路長度或在SDOA和SDOB/ALERT引腳附近串聯(lián)100 Ω電阻來降低噪聲。

電源供應(yīng)

典型應(yīng)用電路可由單個(gè)5 V電壓源供電，通過LDO調(diào)節(jié)器為(VCC)和VLOGIC提供穩(wěn)定的電源。外部參考應(yīng)在(VCC)和VLOGIC施加后再接入，模擬和數(shù)字信號(hào)應(yīng)在外部參考接入后再施加。

復(fù)位操作

該系列ADC有軟復(fù)位和硬復(fù)位兩種模式。軟復(fù)位刷新接口和ADC模塊，清除警報(bào)寄存器和過采樣塊；硬復(fù)位將所有用戶寄存器恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)，重置參考緩沖器和內(nèi)部振蕩器。

CRC功能

AD7386/AD7387/AD7388支持CRC校驗(yàn)功能，可提高接口的魯棒性?？梢元?dú)立選擇SPI讀和寫操作的CRC功能，通過配置CONFIGURATION1寄存器中的CRC_W和CRC_R位來啟用。

總結(jié)

AD7386/AD7387/AD7388系列SAR ADC以其高分辨率、出色的動(dòng)態(tài)性能、豐富的片上功能和靈活的配置選項(xiàng)，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。無論是在電機(jī)控制、聲納系統(tǒng)還是數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置寄存器，注意信號(hào)鏈連接和電源供應(yīng)等問題，以充分發(fā)揮這些ADC的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。