AD7674：高性能18位SAR ADC的全面解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(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。今天，我們要深入探討一款性能卓越的18位、800 kSPS、電荷再分配型逐次逼近寄存器（SAR）全差分ADC——AD7674。

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1. 產(chǎn)品概述

AD7674是一款采用單5V電源供電的高精度ADC，具備18位分辨率且無丟失碼，無流水線延遲。它擁有多種工作模式，能在不同場景下實現(xiàn)最佳性能，適用于CT掃描儀、高動態(tài)數(shù)據(jù)采集、地震檢波器和水聽器傳感器等眾多應(yīng)用。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 高分辨率與快速吞吐量

AD7674具有18位分辨率，在warp模式下吞吐量可達800 kSPS，能快速準確地對模擬信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

2.2 出色的精度

其最大積分非線性（INL）為±2.5 LSB，無18位丟失碼，能保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的高精度，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供可靠基礎(chǔ)。

2.3 靈活的接口方式

支持并行（18位、16位或8位總線）和串行5V/3V接口，與SPI/QSPI?/MICROWIRE/DSP兼容，方便與不同的數(shù)字系統(tǒng)進行連接和通信。

2.4 低功耗設(shè)計

在不同工作模式下，功耗表現(xiàn)出色。例如，在impulse模式下，1 kSPS時功耗僅為160 μW，適用于對功耗要求較高的電池供電應(yīng)用。

3. 技術(shù)規(guī)格

3.1 電氣特性

• 在?40°C至+85°C的溫度范圍內(nèi)，參考電壓 (V_{REF}=4.096 V)，模擬電源 (AVDD = DVDD = 5 V)，輸出接口電源 (OVDD = 2.7 V) 至 (5.25 V) 時，具有良好的性能表現(xiàn)。
• 輸入電壓范圍為± (V_{REF})，輸入共模抑制比（CMRR）在100 kHz時表現(xiàn)出色。
• 動態(tài)范圍典型值為103 dB（(V{REF}=5 V)），信號 - 噪聲 - 失真比（SINAD）在2 kHz時典型值為100 dB（(V{REF}=5 V)）。

3.2 時序規(guī)格

涵蓋了轉(zhuǎn)換脈沖寬度、轉(zhuǎn)換間隔時間、CNVST低電平到BUSY高電平延遲等多個時序參數(shù)，確保在不同工作模式下的準確轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取。

3.3 絕對最大額定值

對模擬輸入、電源電壓、內(nèi)部功耗等參數(shù)設(shè)定了絕對最大額定值，使用時需嚴格遵守，以保證器件的安全和可靠性。

4. 工作模式

4.1 Warp模式

該模式下可實現(xiàn)高達800 kSPS的轉(zhuǎn)換速率，但為保證全精度，兩次轉(zhuǎn)換之間的時間間隔不能超過1 ms。適用于對采樣速率要求極高的應(yīng)用場景。

4.2 正常模式

最快轉(zhuǎn)換速率為666 kSPS，對轉(zhuǎn)換間隔時間無限制，適合異步應(yīng)用，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能同時滿足高精度和快速采樣的需求。

4.3 Impulse模式

這是最低功耗模式，最大吞吐量為570 kSPS。在1 kSPS時，典型功耗僅為136 μW，非常適合電池供電的應(yīng)用。

5. 電路設(shè)計要點

5.1 模擬輸入

采用真正的差分輸入結(jié)構(gòu)，能有效抑制共模信號。輸入結(jié)構(gòu)在交流信號采集時表現(xiàn)為一個1 - 極點RC濾波器，可減少混疊效應(yīng)和輸入噪聲。但需注意輸入信號不能超過絕對額定值，必要時可使用具有短路電流限制的輸入緩沖器進行保護。

5.2 驅(qū)動放大器選擇

驅(qū)動放大器需滿足在18位水平下對電容陣列進行滿量程階躍的建立要求，同時要盡量降低噪聲，以保證AD7674的信噪比和過渡噪聲性能。推薦使用AD8021，它結(jié)合了超低噪聲和高增益帶寬，能滿足建立時間要求。

5.3 電壓參考

可使用內(nèi)部參考緩沖器或外部電壓參考。使用內(nèi)部參考緩沖器適合多個ADC共享公共參考電壓的情況；直接使用外部參考電壓可提高信噪比和動態(tài)范圍，并在關(guān)閉內(nèi)部參考緩沖器時節(jié)省功耗。無論哪種方式，都需對參考電壓輸入進行有效去耦。

5.4 電源供應(yīng)

AD7674使用三組電源引腳，模擬5V電源（AVDD）、數(shù)字5V核心電源（DVDD）和數(shù)字輸出接口電源（OVDD）。為減少電源數(shù)量，數(shù)字核心可通過簡單的RC濾波器從模擬電源獲取供電。該器件對電源變化不敏感，且不受電源電壓引起的閂鎖影響。

6. 數(shù)字接口

6.1 并行接口

可配置為18位、16位或8位總線寬度，數(shù)據(jù)可在轉(zhuǎn)換后或轉(zhuǎn)換期間讀取。讀取轉(zhuǎn)換期間的數(shù)據(jù)時，建議在轉(zhuǎn)換階段的前半段進行，以避免數(shù)字接口上的電壓瞬變對模擬轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生影響。

6.2 串行接口

當MODE0和MODE1置高時，AD7674配置為串行接口，輸出18位數(shù)據(jù)，MSB優(yōu)先。數(shù)據(jù)與SCLK引腳提供的18個時鐘脈沖同步，輸出數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)時鐘的上升沿和下降沿均有效。

6.3 主串行接口

當EXT/INT引腳置低時，AD7674生成并提供串行數(shù)據(jù)時鐘SCLK，同時生成SYNC信號指示串行數(shù)據(jù)有效。根據(jù)RDC/SDIN輸入，數(shù)據(jù)可在每次轉(zhuǎn)換后或后續(xù)轉(zhuǎn)換期間讀取。

6.4 從串行接口

當EXT/INT引腳置高時，AD7674接受外部提供的串行數(shù)據(jù)時鐘?？稍谵D(zhuǎn)換后或轉(zhuǎn)換期間讀取數(shù)據(jù)，推薦使用外部不連續(xù)時鐘，以避免數(shù)字接口上的電壓瞬變影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。該模式下還提供菊花鏈功能，可級聯(lián)多個轉(zhuǎn)換器。

7. 應(yīng)用與布局

7.1 應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于CT掃描儀、高動態(tài)數(shù)據(jù)采集、地震檢波器和水聽器傳感器、∑ - ?替代（低功耗、多通道）、儀器儀表、頻譜分析和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

7.2 布局要點

在PCB布局時，應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開，使用接地平面，并在一處連接數(shù)字和模擬接地平面。避免在器件下方布置數(shù)字線路，對快速切換信號如CNVST或時鐘進行屏蔽，避免數(shù)字和模擬信號交叉。同時，要對電源引腳進行良好的去耦，以降低電源阻抗和減少電源尖峰。

8. 性能評估

可使用EVAL - AD7674CBZ評估板快速測量轉(zhuǎn)換器的直流（直方圖和時域）和交流（時域和頻域）性能。評估板配有軟件，需單獨訂購捕獲板。推薦使用基于USB的EVAL - CED1Z捕獲板。

總結(jié)

AD7674憑借其高分辨率、快速吞吐量、出色的精度、靈活的接口方式和低功耗設(shè)計，成為眾多應(yīng)用場景下的理想選擇。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇工作模式，注意電路設(shè)計和布局要點，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似ADC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。