低功耗Sigma-Delta ADC：AD7788/AD7789的特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，尤其對于低頻率測量應(yīng)用，一款性能優(yōu)良的模擬前端至關(guān)重要。今天就來深入探討Analog Devices公司的AD7788/AD7789低功耗、低噪聲Sigma - Delta ADC，看看它能為我們的設(shè)計帶來哪些便利和優(yōu)勢。

文件下載：AD7788.pdf

一、產(chǎn)品概述

AD7788/AD7789是專為低頻率測量應(yīng)用設(shè)計的低功耗、低噪聲模擬前端。AD7789內(nèi)置一個低噪聲24位Σ - Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），具有一個差分輸入；而AD7788則是AD7789的16位版本。它們均采用內(nèi)部時鐘工作，用戶無需額外提供時鐘源，輸出數(shù)據(jù)速率為16.6 Hz，能同時抑制50 Hz和60 Hz的干擾。該系列產(chǎn)品采用10引腳MSOP封裝，工作電源電壓范圍為2.5 V至5.25 V，當(dāng)使用3 V電源時，最大功耗為225 μW。

二、產(chǎn)品特性

2.1 分辨率與噪聲性能

• 分辨率：AD7788為16位分辨率，AD7789為24位分辨率。在峰 - 峰分辨率方面，AD7788為16位，AD7789為19位（有效21.5位）。
• 噪聲：典型RMS噪聲為1.5 μV，這使得它們在低噪聲應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

2.2 電源與功耗

• 電源范圍：工作電源電壓范圍為2.5 V至5.25 V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 功耗：正常工作時最大電流為75 μA，掉電模式下最大電流僅為1 μA，非常適合電池供電的應(yīng)用。

2.3 線性度與抗干擾能力

• 積分非線性：典型值為3.5 ppm，保證了測量的準(zhǔn)確性。
• 抗干擾：能夠同時抑制50 Hz和60 Hz的干擾，適用于存在工頻干擾的環(huán)境。

2.4 接口特性

• 串行接口：采用3線串行接口，與SPI、QSPI?、MICROWIRE和DSP兼容。
• 施密特觸發(fā)器：SCLK引腳帶有施密特觸發(fā)器，增強(qiáng)了接口的抗干擾能力。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

AD7788/AD7789的特性使其在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：

• 智能變送器：能夠準(zhǔn)確測量各種物理量，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。
• 電池應(yīng)用：低功耗特性使其非常適合電池供電的設(shè)備，延長電池使用壽命。
• 便攜式儀器：小巧的封裝和低功耗設(shè)計，滿足便攜式儀器對體積和功耗的要求。
• 傳感器測量：可用于各種傳感器的信號采集，如溫度、壓力、稱重等傳感器。
• 4 - 20 mA環(huán)路：在工業(yè)控制領(lǐng)域，可用于4 - 20 mA電流環(huán)路的測量和控制。

四、技術(shù)參數(shù)詳解

4.1 ADC通道規(guī)格

• 輸出更新速率：均為16.6 Hz標(biāo)稱值。
• 分辨率與噪聲：如前文所述，AD7788為16位分辨率，AD7789為24位分辨率，RMS噪聲均為1.5 μV。
• 積分非線性與誤差：積分非線性典型值為3.5 ppm，偏移誤差和滿量程誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.2 模擬輸入特性

• 差分輸入電壓范圍：±REFIN，REFIN為REFIN(+) - REFIN(-)。
• 絕對AIN電壓限制：GND - 30 mV至VDD + 30 mV。
• 輸入電流：平均輸入電流典型值為±400 nA，且隨輸入電壓變化。

4.3 參考輸入特性

• REFIN電壓：標(biāo)稱值為2.5 V，范圍為0.1 VDD至VDD。
• 絕對REFIN電壓限制：GND - 30 mV至VDD + 30 mV。
• 參考輸入電流：平均參考輸入電流典型值為0.5 μA，且有一定的溫度漂移。

五、內(nèi)部寄存器與操作模式

5.1 片上寄存器

• 通信寄存器：8位只寫寄存器，用于確定后續(xù)操作是讀還是寫，以及操作的目標(biāo)寄存器。
• 狀態(tài)寄存器：8位只讀寄存器，用于指示ADC的狀態(tài)，如數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好、錯誤標(biāo)志等。
• 模式寄存器：8位寄存器，可讀寫，用于配置ADC的工作模式，如連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、單轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式等。
• 數(shù)據(jù)寄存器：只讀寄存器，存儲ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5.2 操作模式

• 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式：ADC連續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)寄存器中。DOUT/RDY引腳在轉(zhuǎn)換完成時變低，用戶可通過連續(xù)讀模式自動獲取轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 單轉(zhuǎn)換模式：ADC在不進(jìn)行轉(zhuǎn)換時處于掉電模式，當(dāng)啟動單轉(zhuǎn)換時，先上電并進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，完成后返回掉電模式。
• 連續(xù)讀模式：通過向通信寄存器寫入特定指令，可使ADC自動將數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容放置在DOUT/RDY引腳，方便連續(xù)讀取數(shù)據(jù)。

六、電路設(shè)計注意事項

6.1 模擬輸入通道

AD7788/AD7789的模擬輸入通道為無緩沖的差分輸入，因此在設(shè)計時需要注意外部電阻和電容的組合，避免引入增益誤差。不同分辨率下對外部R - C組合有不同要求，具體可參考文檔中的表格。

6.2 雙極/單極配置

模擬輸入可以接受單極或雙極輸入電壓范圍，通過編程模式寄存器中的U/B位來選擇。

6.3 數(shù)據(jù)輸出編碼

單極操作時，輸出代碼為自然二進(jìn)制；雙極操作時，輸出代碼為偏移二進(jìn)制。

6.4 參考輸入

參考輸入為無緩沖的差分輸入，參考電壓范圍為0.1 V至VDD。建議使用低噪聲的參考電壓源，如ADR381、ADR391等。

6.5 VDD監(jiān)測

通過設(shè)置通信寄存器中的CH1和CH0位，可使用模擬輸入通道監(jiān)測VDD引腳的電壓，方便監(jiān)控電源電壓的變化。

6.6 接地與布局

由于AD7788/AD7789的高分辨率和低噪聲特性，在接地和布局方面需要特別注意。應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開，采用最小蝕刻技術(shù)設(shè)計接地平面，確保電流回流路徑最短，避免數(shù)字電流流經(jīng)模擬接地部分。同時，要注意電源去耦，將VDD引腳通過10 μF鉭電容和0.1 μF電容并聯(lián)接地。

七、總結(jié)

AD7788/AD7789以其低功耗、高分辨率、良好的抗干擾能力和豐富的功能，為低頻率測量應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置寄存器和選擇合適的操作模式，同時注意電路設(shè)計中的各種細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。