深入剖析ADS7843：一款出色的觸摸屏控制器

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，觸摸屏的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從個(gè)人數(shù)字助理到銷(xiāo)售終端，觸摸屏為用戶(hù)帶來(lái)了便捷的交互體驗(yàn)。而ADS7843作為一款專(zhuān)門(mén)用于觸摸屏控制的12位采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），在其中發(fā)揮著重要作用。本文將對(duì)ADS7843進(jìn)行詳細(xì)的剖析，包括其特性、應(yīng)用、工作原理、電氣特性等方面，希望能為電子工程師們?cè)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)提供有價(jià)值的參考。

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二、ADS7843的特性與應(yīng)用

2.1 特性

• 接口與分辨率：具備4線觸摸屏接口，支持比例轉(zhuǎn)換，采用單電源供電，電壓范圍為2.7V至5V。擁有高達(dá)125kHz的轉(zhuǎn)換速率，通過(guò)串行接口進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)可編程的8位或12位分辨率，還配備2個(gè)輔助模擬輸入，并且支持全功率關(guān)斷控制。
• 低功耗與高速：在125kHz吞吐量速率和+2.7V電源下，典型功耗僅為750μW，還設(shè)有關(guān)機(jī)模式，可將典型功耗降低至0.5μW以下。這種低功耗、高速度的特點(diǎn)，使其非常適合電池供電的系統(tǒng)。
• 封裝與溫度范圍：采用SSOP - 16封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能適應(yīng)較為惡劣的環(huán)境。

2.2 應(yīng)用

ADS7843的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了個(gè)人數(shù)字助理、便攜式儀器、銷(xiāo)售終端、尋呼機(jī)以及觸摸屏顯示器等領(lǐng)域。在這些設(shè)備中，它能夠準(zhǔn)確地將觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與設(shè)備的交互。

三、工作原理

3.1 基本架構(gòu)

ADS7843是一款經(jīng)典的逐次逼近寄存器（SAR）ADC，基于電容重新分配架構(gòu)，本身包含采樣保持功能，采用0.6μs CMOS工藝制造。它需要外部參考電壓和外部時(shí)鐘，單電源供電范圍為2.7V至5.25V，外部參考電壓可以在1V至 + VCC之間變化，參考電壓的大小直接決定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。

3.2 模擬輸入

模擬輸入通過(guò)一個(gè)四通道多路復(fù)用器提供。獨(dú)特的低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)配置，使得未選中的ADC輸入通道可以為外部設(shè)備提供電源，相應(yīng)的引腳可以提供接地。通過(guò)保持轉(zhuǎn)換器的差分輸入和差分參考架構(gòu)，可以消除開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻誤差。 在轉(zhuǎn)換器進(jìn)入保持模式時(shí)，+IN和 - IN輸入之間的電壓差會(huì)被內(nèi)部電容陣列捕獲。模擬輸入的輸入電流取決于設(shè)備的轉(zhuǎn)換速率，在采樣期間，源必須為內(nèi)部采樣電容（典型值為25pF）充電，充電完成后，不再有輸入電流。

3.3 參考輸入

+REF和 - REF之間的電壓差決定了模擬輸入范圍，ADS7843的參考電壓范圍為1V至 + VCC。隨著參考電壓的降低，每個(gè)數(shù)字輸出代碼的模擬電壓權(quán)重也會(huì)降低，即LSB（最低有效位）尺寸變小。同時(shí)，ADC固有的任何偏移或增益誤差在LSB尺寸方面會(huì)顯得更大。 VREF輸入的電壓沒(méi)有緩沖，直接驅(qū)動(dòng)ADS7843的電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器（CDAC）部分。參考電流會(huì)隨著轉(zhuǎn)換速率和參考電壓的降低而直接減小。

3.4 數(shù)字接口

ADS7843的數(shù)字接口典型操作由處理器與轉(zhuǎn)換器之間的串行通信實(shí)現(xiàn)，每次通信包含八個(gè)時(shí)鐘周期，一次完整的轉(zhuǎn)換需要三次串行通信，共24個(gè)時(shí)鐘周期。 控制字節(jié)通過(guò)DIN引腳提供，其中第一位（S位）必須始終為高，表示控制字節(jié)的開(kāi)始。接下來(lái)的三位（A2 - A0）選擇輸入多路復(fù)用器的活動(dòng)輸入通道，MODE位決定每次轉(zhuǎn)換的位數(shù)（12位或8位），SER/DFR位控制參考模式（單端或差分），最后兩位（PD1 - PD0）選擇掉電模式。

四、電氣特性

在特定的測(cè)試條件下（TA = - 40°C至 + 85°C，+VCC = + 2.7V，VREF = + 2.5V，fSAMPLE = 125kHz，fCLK = 16·fSAMPLE = 2MHz，12位模式，數(shù)字輸入 = GND或 + VCC），ADS7843展現(xiàn)出了一系列優(yōu)秀的電氣特性：

• 模擬輸入：滿(mǎn)量程輸入跨度為0至VREF，絕對(duì)輸入范圍電容為25pF，泄漏電流為0.1μA。
• 系統(tǒng)性能：分辨率為12位，無(wú)丟失代碼，積分線性誤差為±2 LSB，偏移誤差和增益誤差都在一定范圍內(nèi)。
• 采樣動(dòng)態(tài)：轉(zhuǎn)換時(shí)間為3至12個(gè)時(shí)鐘周期，采集時(shí)間為500個(gè)時(shí)鐘周期，吞吐量速率為100kHz，多路復(fù)用器建立時(shí)間為100個(gè)時(shí)鐘周期等。
• 開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器：Y +、X +的導(dǎo)通電阻為5Ω，Y -、X -的導(dǎo)通電阻為6Ω。
• 參考輸入：范圍為1.0V至 + VCC，電阻為5GΩ，輸入電流為13μA。
• 數(shù)字輸入/輸出：邏輯家族為CMOS，邏輯電平符合特定要求，數(shù)據(jù)格式為直二進(jìn)制。
• 電源要求：+VCC靜態(tài)電流在不同模式下有所不同，功率耗散也與工作模式和轉(zhuǎn)換速率有關(guān)。

五、功耗與布局考慮

5.1 功耗

ADS7843有全功率（PD1 - PD0 = 11B）和自動(dòng)掉電（PD1 - PD0 = 00B）兩種主要功率模式。當(dāng)轉(zhuǎn)換速率較高時(shí)，兩種模式的功耗差異不大；但當(dāng)DCLK頻率保持在最大速率，而轉(zhuǎn)換次數(shù)減少時(shí)，自動(dòng)掉電模式的功耗優(yōu)勢(shì)明顯。 此外，轉(zhuǎn)換器的參考模式也會(huì)影響功耗。在單端參考模式下，外部設(shè)備僅在采集期間供電；而在差分參考模式下，外部設(shè)備在采集和轉(zhuǎn)換期間都需要供電，若轉(zhuǎn)換速率高，會(huì)顯著增加功耗。

5.2 布局

為了使ADS7843獲得最佳性能，在布局時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源與旁路：為ADS7843提供干凈且經(jīng)過(guò)良好旁路的電源，在靠近設(shè)備處放置0.1μF陶瓷旁路電容，若 + VCC與電源之間的連接阻抗高，還需使用1μF至10μF的電容。
• 參考電壓：參考電壓也需要用0.1μF電容進(jìn)行旁路，若參考電壓來(lái)自運(yùn)算放大器，要確保其能驅(qū)動(dòng)旁路電容而不產(chǎn)生振蕩。
• 接地：GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點(diǎn)，避免靠近微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器的接地點(diǎn)，必要時(shí)可直接從轉(zhuǎn)換器連接接地走線到電源入口或電池連接點(diǎn)。
• 觸摸屏連接：在與電阻式觸摸屏連接時(shí)，連接應(yīng)盡可能短且牢固，以減少誤差。

六、總結(jié)

ADS7843以其豐富的特性、優(yōu)秀的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了觸摸屏控制領(lǐng)域的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，需要充分了解其工作原理、電氣特性、功耗和布局要求，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的參數(shù)配置和優(yōu)化，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。大家在使用ADS7843的過(guò)程中，是否也遇到過(guò)一些有趣的問(wèn)題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。