在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)，它是連接現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的橋梁。Texas Instruments的ADS7826、ADS7827和ADS7829系列10/8/12位高速2.7V微功耗采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，憑借其出色的性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競爭力。

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特性亮點(diǎn)

高吞吐量與低功耗并存

在低電源電壓（2.7V VCC）條件下，ADS7829能實(shí)現(xiàn)12位125 KSPS的轉(zhuǎn)換速率，ADS7826為10位200 KSPS，ADS7827則達(dá)到8位250 KSPS。這種高吞吐量使得它們?cè)谛枰焖贁?shù)據(jù)采集的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。同時(shí)，其微功耗自動(dòng)掉電功能令人矚目，在75 kHz、2.7V VCC時(shí)功耗小于60μW，低功耗掉電電流最大僅3μA，非常適合電池供電系統(tǒng)。

寬工作電壓范圍

該系列轉(zhuǎn)換器的工作電源電壓范圍極寬，從2.7V到5.25V，即使在低至2.0V的電壓下也能工作，只是性能會(huì)有所降低。這種寬電壓范圍的設(shè)計(jì)增加了其在不同電源環(huán)境下的適用性。

軌到軌偽差分輸入與寬參考電壓

軌到軌、偽差分輸入設(shè)計(jì)，使得輸入信號(hào)的范圍能夠充分利用電源電壓。參考電壓范圍從50mV到VCC，這為設(shè)計(jì)者提供了更大的靈活性，可以根據(jù)具體應(yīng)用需求設(shè)置參考電壓，從而直接設(shè)定模擬輸入的范圍。

超小封裝與SPI兼容接口

采用8引腳3x3 PDSO（SON，與QFN尺寸相同）的超小芯片級(jí)封裝，節(jié)省了電路板空間。SPI兼容串行接口則方便與微處理器和其他數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行通信，簡化了設(shè)計(jì)過程。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

電池供電系統(tǒng)

由于其低功耗特性，ADS7826/27/29系列非常適合電池供電的設(shè)備，如便攜式醫(yī)療設(shè)備、無線傳感器節(jié)點(diǎn)等。在這些應(yīng)用中，低功耗意味著更長的電池續(xù)航時(shí)間，減少了頻繁更換電池的麻煩。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，需要設(shè)備能夠在低功耗的情況下高效地采集和傳輸數(shù)據(jù)。該系列轉(zhuǎn)換器的高吞吐量和低功耗特點(diǎn)使其成為理想選擇，能夠準(zhǔn)確地采集模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。

隔離數(shù)據(jù)采集

在一些對(duì)數(shù)據(jù)安全性和抗干擾性要求較高的應(yīng)用中，如工業(yè)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等，隔離數(shù)據(jù)采集是必不可少的。ADS7826/27/29系列能夠在保證數(shù)據(jù)采集精度的同時(shí)，有效地隔離干擾信號(hào)，確保數(shù)據(jù)的可靠性。

同步采樣多通道系統(tǒng)

對(duì)于需要同時(shí)采集多個(gè)模擬信號(hào)的應(yīng)用，如音頻處理、多通道傳感器數(shù)據(jù)采集等，該系列轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)同步采樣，并且能夠在高速轉(zhuǎn)換的同時(shí)保持低功耗，滿足多通道系統(tǒng)的需求。

技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

工作原理

ADS7826/27/29是基于電容重新分配的經(jīng)典逐次逼近寄存器（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用0.6μm CMOS工藝制造。這種架構(gòu)本身包含了采樣/保持功能，使得轉(zhuǎn)換器能夠在消耗極少功率的情況下，分別以高達(dá)200K/250K/125K次每秒的速度采集和轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)。

外部參考與時(shí)鐘

該系列轉(zhuǎn)換器需要外部參考、外部時(shí)鐘和單一電源（VCC）。外部參考電壓可以在50mV到VCC之間任意選擇，其值直接決定了模擬輸入的范圍。參考輸入電流取決于轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。外部時(shí)鐘輸入到DCLOCK的最小頻率可以低至10kHz，最大頻率分別為ADS7829的2MHz、ADS7826的2.8MHz和ADS7827的3MHz。時(shí)鐘的占空比只要保證最小高電平和低電平時(shí)間至少為400ns（VCC = 2.7V或更高）即可。

模擬輸入

模擬輸入通過+In和 -In兩個(gè)引腳提供差分輸入信號(hào)。在轉(zhuǎn)換開始時(shí)，這兩個(gè)引腳的差分輸入信號(hào)被采樣到內(nèi)部電容陣列上。在轉(zhuǎn)換過程中，兩個(gè)輸入與內(nèi)部功能斷開連接。-In輸入的范圍限制在 -0.2V到1V之間，因此差分輸入主要用于抑制兩個(gè)輸入共有的小信號(hào)。輸入電流取決于采樣率、輸入電壓、源阻抗和掉電模式等因素。在采樣期間，電流用于對(duì)內(nèi)部電容陣列充電，充電完成后，輸入電流為零。模擬輸入電壓源必須能夠在1.5個(gè)DCLOCK周期內(nèi)將輸入電容（25pF）充電到10/8/12位的穩(wěn)定水平。在保持模式或掉電模式下，輸入阻抗大于1GΩ。

數(shù)字接口

數(shù)字輸入能夠適應(yīng)高達(dá)6V的邏輯電平，無論VCC的值是多少。這意味著ADS7826/27/29系列可以在3V電源下工作，同時(shí)接受5V邏輯電源的輸入。CMOS數(shù)字輸出（Dout）的擺幅為0V到VCC。如果VCC為3V，而輸出連接到5V CMOS邏輯輸入，可能會(huì)導(dǎo)致該IC需要比正常更多的電源電流，并且傳播延遲可能會(huì)略有增加。該系列通過同步3線串行接口與微處理器和其他數(shù)字系統(tǒng)通信。DCLOCK信號(hào)同步數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)位在DCLOCK的下降沿傳輸。大多數(shù)接收系統(tǒng)在DCLOCK的上升沿捕獲位流，但如果Dout的最小保持時(shí)間可以接受，也可以在DCLOCK的下降沿捕獲每個(gè)位。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

功耗優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)最低的功耗，首先要找到滿足系統(tǒng)要求的最低轉(zhuǎn)換速率。此外，轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換完成后以及CS為高電平時(shí)處于掉電模式。理想情況下，每次轉(zhuǎn)換應(yīng)盡可能快地完成，最好以DCLOCK速率進(jìn)行，這樣轉(zhuǎn)換器就能在掉電模式下花費(fèi)最長的時(shí)間。同時(shí)，降低電源電壓和參考電壓也可以減少功耗，但要注意在電壓低于2.7V時(shí)，轉(zhuǎn)換器不能達(dá)到最大采樣速率。

布局設(shè)計(jì)

為了獲得最佳性能，在ADS7826/27/29系列電路的物理布局上需要格外注意。特別是在參考電壓較低和/或轉(zhuǎn)換速率較高的情況下，SAR架構(gòu)對(duì)電源、參考和接地連接上的尖峰非常敏感，這些尖峰可能會(huì)影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，電源應(yīng)干凈且經(jīng)過良好的旁路處理，建議在芯片封裝附近放置一個(gè)0.1μF的陶瓷旁路電容，還可以使用1 - 10μF的電容和5 - 10Ω的串聯(lián)電阻對(duì)嘈雜的電源進(jìn)行低通濾波。參考電壓也應(yīng)類似地進(jìn)行旁路處理，使用0.1μF的電容，并可以通過串聯(lián)電阻和大電容進(jìn)行低通濾波。GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點(diǎn)，最好是模擬地，避免靠近微處理器、微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器的接地點(diǎn)。

應(yīng)用電路示例

熱電偶應(yīng)用

圖39展示了一個(gè)使用ADS7826/27/29和多路復(fù)用器的熱電偶應(yīng)用電路。通過電阻串為多路復(fù)用器輸入提供不同的電壓，選擇的電壓經(jīng)過緩沖后驅(qū)動(dòng)到Vref。這樣，ADS7826/27/29系列的輸入范圍可以編程為100mV、200mV、300mV或400mV，適用于熱電偶等傳感器的應(yīng)用。

基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖40所示的基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，ADS7826/27/29系列的參考輸入直接連接到電源，輸入范圍為0V到VCC。5Ω電阻和1 - 10μF電容用于過濾微控制器和電源本身的高頻噪聲，具體的元件值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇，以確保濾波器能夠有效抑制噪聲。

綜上所述，Texas Instruments的ADS7826/27/29系列模數(shù)轉(zhuǎn)換器以其高吞吐量、低功耗、寬工作電壓范圍、靈活的輸入輸出接口等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，只要充分考慮其技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，就能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集和處理。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。