AD7853/AD7853L：高性能12位ADC的全面解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實世界模擬信號與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。AD7853/AD7853L作為一款出色的12位ADC，以其高速、低功耗等特性，在眾多應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來深入探討一下這款A(yù)DC的各項特性、工作原理以及應(yīng)用要點。

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產(chǎn)品概述

AD7853/AD7853L是高速、低功耗的12位ADC，能在3V或5V單電源下工作。其中，AD7853側(cè)重于速度優(yōu)化，而AD7853L則更注重低功耗。它們在上電時具有一組默認(rèn)條件，可作為只讀ADC運行，同時具備自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，能確保在不同時間和溫度條件下的準(zhǔn)確運行，并且擁有多種低功耗模式。

產(chǎn)品特性

• 寬電壓范圍：支持3V至5.5V的電源電壓，適用范圍廣泛。
• 高速采樣：AD7853采樣率可達(dá)200kSPS，AD7853L為100kSPS。
• 自動校準(zhǔn)：上電自動校準(zhǔn)，確保長期穩(wěn)定性。
• 低功耗設(shè)計：AD7853在3V電源下功耗為12mW，AD7853L僅為4.5mW，還具備自動轉(zhuǎn)換后電源關(guān)閉功能。
• 靈活的串行接口：與8051、SPI、QSPI、μP等兼容。
• 多種封裝形式：提供24引腳DIP、SOIC和SSOP封裝，方便不同應(yīng)用需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 電池供電系統(tǒng)：如個人數(shù)字助理、醫(yī)療儀器、移動通信設(shè)備等，低功耗特性延長電池續(xù)航。
• 筆式計算機：滿足高速數(shù)據(jù)采集需求。
• 儀器儀表和控制系統(tǒng)：確保高精度測量和控制。
• 高速調(diào)制解調(diào)器：實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

技術(shù)參數(shù)詳解

動態(tài)性能

線性度

• 差分非線性：A版本和B版本均為±1LSB max，L版本保證12位無漏碼。
• 單極性偏移誤差：A版本和B版本為±1LSB max，L版本為±2.5LSB max。
• 正滿量程誤差：A版本和B版本為±2.5LSB max，L版本為±4LSB max。
• 雙極性零誤差：A版本和B版本為±2LSB max，L版本為±2.5LSB max。

模擬輸入

• 輸入電壓范圍：0至VREF（單極性），±VREF/2（雙極性）。
• 泄漏電流：±1μA max。
• 輸入電容：20pF typ。

參考輸入/輸出

• REF IN輸入電壓范圍：2.3/VDD。
• 輸入阻抗：150kΩ typ。
• REF OUT輸出電壓：2.3/2.7V。
• REF OUT溫度系數(shù)：20ppm/°C typ。

邏輯輸入/輸出

• 輸入高電壓：2.4V min。
• 輸入低電壓：0.8V max。
• 輸入電流：±10μA max。
• 輸入電容：10pF max。
• 輸出高電壓：4V min。
• 輸出低電壓：2.4V min。
• 浮動狀態(tài)泄漏電流：0.4V max。
• 浮動狀態(tài)輸出電容：10pF max。

轉(zhuǎn)換速率

• 轉(zhuǎn)換時間：AD7853為4.6μs max，AD7853L為18μs max（-40°C至+85°C，1MHz CLKIN）或10μs max（0°C至+70°C，1.8MHz CLKIN）。
• 跟蹤/保持采集時間：0.4μs max。

功耗

• 正常模式功耗：VDD = 5.5V時，AD7853為33mW max，AD7853L為10.5mW max；VDD = 3.6V時，AD7853為20mW max，AD7853L為6.85mW max。
• 睡眠模式功耗：AVDD = DVDD = 3.0V至3.6V時，AD7853為5.5mA max，AD7853L為1.9mA max。

工作原理與電路設(shè)計

轉(zhuǎn)換器細(xì)節(jié)

AD7853/AD7853L采用傳統(tǒng)的逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，基于電容DAC實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換由CONVST輸入脈沖或?qū)懭肟刂萍拇嫫髟O(shè)置CONVST位為1來啟動。轉(zhuǎn)換周期從CLKIN信號的下降沿開始，AD7853為16.5個CLKIN周期（若滿足10ns建立時間），AD7853L為18個CLKIN周期。轉(zhuǎn)換完成后，BUSY輸出變低，可通過串行接口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

典型連接圖

典型連接圖中，DIN線接地，AGND和DGND引腳連接在一起以抑制噪聲。CAL引腳連接0.01μF電容，實現(xiàn)上電自動自校準(zhǔn)。SCLK和SYNC配置為輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位字輸出，前四位為零，后跟12位結(jié)果。上電后，內(nèi)部參考需要約150ms穩(wěn)定，自動校準(zhǔn)完成后才能正常工作。

模擬輸入

模擬輸入部分的等效電路中，在采集期間，開關(guān)處于跟蹤位置，AIN(+)通過125Ω電阻對20pF電容充電。CONVST上升沿使開關(guān)進入保持位置，保持電容上的電荷作為AIN(+)信號的采樣。AIN(–)連接到20pF電容，影響電容DAC上的電荷轉(zhuǎn)移。因此，在轉(zhuǎn)換期間，AIN(–)引腳電壓必須保持恒定，建議連接到AGND或固定直流電壓。

參考部分

為保證性能，使用外部參考時，參考電壓應(yīng)在2.3V至模擬電源AVDD之間。使用內(nèi)部參考時，REFIN/REFOUT引腳應(yīng)連接100nF電容到AGND。也可將REFIN/REFOUT引腳連接外部參考，此時100nF電容應(yīng)盡量靠近該引腳，CREF1引腳連接到AVDD。

校準(zhǔn)功能

校準(zhǔn)概述

AD7853/AD7853L具有自動上電校準(zhǔn)功能，在大多數(shù)應(yīng)用中無需額外校準(zhǔn)。但當(dāng)工作條件（如CLKIN頻率、模擬輸入模式、參考電壓、溫度和電源電壓）改變時，可能需要進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)可減少ADC內(nèi)部誤差，去除系統(tǒng)偏移和增益誤差，充分利用ADC的動態(tài)范圍。

校準(zhǔn)模式

• 自校準(zhǔn)：包括全自校準(zhǔn)（校準(zhǔn)DAC、內(nèi)部偏移和內(nèi)部增益誤差）、（增益 + 偏移）自校準(zhǔn)、自偏移校準(zhǔn)和自增益校準(zhǔn)。
• 系統(tǒng)校準(zhǔn)：可去除AD7853/AD7853L外部的系統(tǒng)誤差，最大校準(zhǔn)范圍為系統(tǒng)偏移誤差±5%VREF，系統(tǒng)增益誤差±2.5%VREF。

校準(zhǔn)時序

自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)的時序不同。自校準(zhǔn)由CAL引腳或?qū)懭肟刂萍拇嫫髟O(shè)置STCAL位為1啟動，BUSY線在整個校準(zhǔn)過程中保持高電平。系統(tǒng)校準(zhǔn)的時序更為復(fù)雜，需要在不同階段施加不同的電壓，并根據(jù)BUSY信號判斷校準(zhǔn)是否完成。

串行接口

接口模式

接口復(fù)位

SYNC引腳可作為串行接口的復(fù)位信號。將SYNC引腳置高可復(fù)位內(nèi)部移位寄存器，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。必要時，可寫入16位字0100 0000 0000 0010恢復(fù)測試寄存器的默認(rèn)值。

應(yīng)用提示

接地和布局

為減少模擬和數(shù)字部分的耦合，AD7853/AD7853L的模擬和數(shù)字電源獨立引腳。PCB設(shè)計應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開，使用獨立的接地平面，并在一點連接。避免數(shù)字線路在器件下方布線，時鐘信號應(yīng)屏蔽，避免與模擬輸入靠近。同時，要注意電源線路的寬度，提供低阻抗路徑，減少電源線上的干擾。

性能評估

AD7853/AD7853L的評估板提供了推薦的布局，包括完全組裝和測試的評估板、文檔以及用于通過EVAL - CONTROL BOARD從PC控制評估板的軟件。軟件可對ADC進行交流（快速傅里葉變換）和直流（代碼直方圖）測試，并可訪問所有片上寄存器，實現(xiàn)各種校準(zhǔn)和電源管理選項的編程。

總結(jié)

AD7853/AD7853L以其豐富的特性、出色的性能和靈活的接口，為電子工程師在數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域提供了強大的工具。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的工作模式和配置，同時注意接地和布局等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。你在使用AD7853/AD7853L的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。