AD7678：18位高速高精度SAR ADC的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著系統(tǒng)的性能和精度。AD7678作為一款18位、100 kSPS的電荷再分配逐次逼近型（SAR）全差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的性能和靈活的接口，成為眾多應(yīng)用場(chǎng)景中的理想選擇。

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產(chǎn)品概述

AD7678采用單5V電源供電，集成了高速18位采樣ADC、內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘、內(nèi)部參考緩沖器、誤差校正電路，以及串行和并行系統(tǒng)接口端口。它具有18位分辨率且無(wú)丟失碼，無(wú)流水線延遲，差分輸入范圍為±VREF（VREF最高可達(dá)5V），吞吐量達(dá)100 kSPS，積分非線性（INL）最大為±2.5 LSB（滿量程的±9.5 ppm），動(dòng)態(tài)范圍典型值為103 dB（VREF = 5V），信噪比（S/(N+D)）在2 kHz時(shí)典型值為100 dB（VREF = 5V）。此外，它還提供并行（18位、16位或8位總線）和串行5V/3V接口，兼容SPI?/QSPI?/MICROWIRE?/DSP，并且功耗低，在100 kSPS時(shí)為18 mW，1 kSPS時(shí)為180 μW。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

AD7678的高性能使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如CT掃描儀、高動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、檢波器和水聽(tīng)器傳感器、Σ - ?替代（低功耗、多通道）、儀器儀表、頻譜分析以及醫(yī)療儀器等。在這些應(yīng)用中，AD7678能夠準(zhǔn)確地將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，為系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)特性亮點(diǎn)

高分辨率與快速吞吐量

AD7678具有100 kSPS的吞吐量和18位的分辨率，且無(wú)延遲，能夠快速、準(zhǔn)確地完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

卓越的精度

其最大積分非線性為2.5 LSB，且無(wú)18位丟失碼，保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果的高精度，為系統(tǒng)的精確控制和分析提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

靈活的接口方式

提供并行（18位、16位或8位總線）和2線串行接口，兼容3V和5V邏輯，方便與不同的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行連接，提高了設(shè)計(jì)的靈活性。

工作原理剖析

AD7678基于電荷再分配DAC的逐次逼近型ADC架構(gòu)。在采集階段，電容陣列作為采樣電容，通過(guò)開(kāi)關(guān)將其連接到模擬輸入，采集IN+和IN–輸入的模擬信號(hào)。當(dāng)采集階段完成且CNVST輸入變低時(shí)，轉(zhuǎn)換階段開(kāi)始。此時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電容陣列與輸入斷開(kāi)并連接到REFGND，采集階段結(jié)束時(shí)捕獲的IN+和IN–輸入之間的差分電壓被施加到比較器輸入，使比較器失衡?？刂七壿嬐ㄟ^(guò)依次切換電容陣列的每個(gè)元素，從最高有效位（MSB）開(kāi)始，使比較器恢復(fù)平衡，最終生成ADC輸出代碼，并將BUSY輸出置低。

電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模擬輸入

AD7678的模擬輸入采用真正的差分結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制共模信號(hào)。輸入結(jié)構(gòu)中的二極管提供ESD保護(hù)，但需注意確保模擬輸入信號(hào)不超過(guò)絕對(duì)額定值，以免二極管導(dǎo)通。輸入阻抗高，可直接由低阻抗源驅(qū)動(dòng)，減少增益誤差。在交流信號(hào)采集階段，AD7678表現(xiàn)為一個(gè)1極RC濾波器，可減少混疊效應(yīng)和輸入噪聲。

驅(qū)動(dòng)放大器選擇

雖然AD7678易于驅(qū)動(dòng)，但驅(qū)動(dòng)放大器需滿足特定要求。要能夠在18位水平（0.0004%）下對(duì)電容陣列的滿量程階躍進(jìn)行穩(wěn)定，產(chǎn)生的噪聲要盡可能低，以保持AD7678的信噪比和轉(zhuǎn)換噪聲性能，并且具有適合AD7678的總諧波失真（THD）性能。AD8021是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，它結(jié)合了超低噪聲和高增益帶寬，滿足穩(wěn)定時(shí)間要求，還需要一個(gè)10 pF的外部補(bǔ)償電容。

電壓參考

AD7678允許使用外部電壓參考，可選擇是否使用內(nèi)部參考緩沖器。使用內(nèi)部參考緩沖器適用于多個(gè)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(dòng)態(tài)范圍，并且在內(nèi)部參考緩沖器斷電時(shí)節(jié)省功耗。無(wú)論哪種方式，都需要對(duì)參考電壓輸入進(jìn)行有效的去耦。

電源供應(yīng)

AD7678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（DVDD）可通過(guò)簡(jiǎn)單的RC濾波器從模擬電源獲取。該芯片對(duì)電源順序不敏感，且在寬頻率范圍內(nèi)對(duì)電源變化不敏感。

數(shù)字接口詳解

并行接口

AD7678可配置為18位、16位或8位總線寬度的并行接口。數(shù)據(jù)可以在每次轉(zhuǎn)換后（即下一個(gè)采集階段）或在后續(xù)轉(zhuǎn)換期間讀取。在轉(zhuǎn)換期間讀取數(shù)據(jù)時(shí)，建議在轉(zhuǎn)換階段的前半部分進(jìn)行，以避免數(shù)字接口上的電壓瞬變與關(guān)鍵模擬轉(zhuǎn)換電路之間的潛在串?dāng)_。

串行接口

當(dāng)MODE0和MODE1置高時(shí)，AD7678使用串行接口，在SDOUT引腳上以MSB優(yōu)先的方式輸出18位數(shù)據(jù)，并與SCLK引腳上的18個(gè)時(shí)鐘脈沖同步。輸出數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的上升沿和下降沿均有效。

主串行接口

當(dāng)EXT/INT引腳置低時(shí)，AD7678生成并提供串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘SCLK和SYNC信號(hào)。根據(jù)RDC/SDIN輸入，數(shù)據(jù)可以在每次轉(zhuǎn)換后或在后續(xù)轉(zhuǎn)換期間讀取。在轉(zhuǎn)換期間讀取數(shù)據(jù)的模式可減少數(shù)字活動(dòng)與關(guān)鍵轉(zhuǎn)換決策之間的潛在串?dāng)_。

從串行接口

當(dāng)EXT/INT引腳置高時(shí)，AD7678接受外部提供的串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘。數(shù)據(jù)可以在每次轉(zhuǎn)換后或在后續(xù)轉(zhuǎn)換期間讀取。建議使用不連續(xù)時(shí)鐘，以避免在轉(zhuǎn)換過(guò)程中數(shù)字輸入/輸出引腳出現(xiàn)電壓瞬變，影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。在轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的模式是最推薦的從串行模式，還支持菊花鏈功能，可減少組件數(shù)量和布線連接。

應(yīng)用提示

布局設(shè)計(jì)

在PCB布局時(shí)，應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開(kāi)，使用獨(dú)立的接地平面，并在一處連接。避免在器件下方鋪設(shè)數(shù)字線路，防止噪聲耦合。對(duì)快速開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行屏蔽，避免輻射噪聲。合理使用去耦電容，降低電源阻抗，減少電源尖峰。

性能評(píng)估

AD7678的評(píng)估板EVAL - AD7678CBZ可用于快速測(cè)量轉(zhuǎn)換器的直流（直方圖和時(shí)域）和交流（時(shí)域和頻域）性能。可使用USB或并行端口數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具體選擇可根據(jù)實(shí)際情況決定。

總結(jié)

AD7678以其高分辨率、快速吞吐量、卓越的精度和靈活的接口方式，為電子工程師在設(shè)計(jì)高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和布局，能夠充分發(fā)揮AD7678的優(yōu)勢(shì)，滿足各種復(fù)雜應(yīng)用的需求。你在使用AD7678的過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。