ADS9815/ADS9817 產(chǎn)品技術文檔總結
ADS981x是一款8通道數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)，基于雙通道、同步采樣、18位逐次逼近寄存器（SAR）模數(shù)轉換器（ADC）。ADS981x為每個通道提供完整的模擬前端，具有輸入箝位保護電路、1MΩ輸入阻抗和具有用戶可選帶寬選項的可編程增益放大器（PGA）。高輸入阻抗允許直接與傳感器和變壓器連接，從而消除了對外部驅動電路的需求。ADS981x可配置為接受共模電壓高達±12V的單極性或雙極性輸入。
該器件還具有用于ADC的4.096V基準電壓源和用于外部電路的2.5V基準電壓源輸出。支持1.2V至1.8V工作的數(shù)字接口使ADS981x無需外部電壓電平轉換器即可使用。
*附件：ads9815.pdf
特性
- 8通道、18位ADC，帶模擬前端：
- 雙通道、同步采樣：4 × 1 通道
- 恒定的 1MΩ 輸入阻抗前端
- 可編程模擬輸入范圍：
- ±12V、±10V、±7V、±5V、±3.5V和±2.5V
- 單端和差分輸入
- ±12V 共模電壓范圍
- 輸入過壓保護：高達 ±18V
- 用戶可選擇的模擬輸入帶寬：
- 21kHz 和 400kHz
- 集成低漂移精密基準電壓源
- ADC基準電壓源：4.096V
- 2.5V 基準輸出，用于外部電路
- 全通量下的出色交流和直流性能：
- DNL：±0.5LSB，INL：±0.8LSB
- 信噪比：92dB，總諧波擾：–113dB
- 電源：
- 模擬和數(shù)字：5V 和 1.8V
- 數(shù)字接口：1.2V 至 1.8V
- 溫度范圍：–40°C 至 +125°C
參數(shù)
方框圖
ADS9815/ADS9817 是德州儀器（TI）推出的兩款 18 位雙通道同步采樣模數(shù)轉換器（ADC），集成完整模擬前端，具備高輸入阻抗、寬輸入范圍與靈活數(shù)據(jù)接口，適用于參數(shù)測量單元（PMU）、電池化成測試設備、數(shù)據(jù)采集（DAQ）等高精度數(shù)據(jù)采集場景。兩款器件核心架構一致，僅在采樣速率與功耗上存在差異，可根據(jù)應用對吞吐量的需求靈活選擇。
一、核心特性與器件差異
1. 共性核心特性
- 通道與采樣能力 ：8 通道模擬輸入（可配置為單端或差分），雙 ADC 同步采樣，支持每通道獨立配置輸入范圍與帶寬，無需外部驅動電路即可直接連接傳感器或變壓器。
- 輸入性能 ：固定 1MΩ 輸入阻抗（全采樣頻率與輸入范圍下），輸入過壓保護達 ±18V；可編程輸入范圍覆蓋 ±2.5V、±3.5V、±5V、±7V、±10V、±12V，支持 ±12V 寬共模電壓。
- 精度與動態(tài)性能 ：18 位分辨率（無失碼），差分非線性（DNL）±0.5LSB（典型值），積分非線性（INL）±0.8LSB（典型值，-40°C 至 125°C）；動態(tài)性能優(yōu)異，低帶寬模式下信噪比（SNR）最高 92dBFS，總諧波失真（THD）-113dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）113dB。
- 濾波與參考 ：支持用戶可選模擬低通濾波（LPF），低帶寬模式（21kHz）優(yōu)化噪聲，寬帶寬模式（最高 400kHz）優(yōu)化響應速度；集成 4.096V 低漂移 ADC 參考電壓，同時提供 2.5V 外部參考輸出（REFOUT_2V5）。
- 可靠性與兼容性 ：ESD 防護達人體放電模式（HBM）±2000V、帶電器件模式（CDM）±500V；數(shù)字接口支持 1.2V-1.8V 操作，無需外部電平轉換，適配不同主控芯片。
2. 器件差異（ADS9815 vs ADS9817）
| 參數(shù) | ADS9815 | ADS9817 |
|---|---|---|
| 每通道最大采樣速率 | 1MSPS | 2MSPS |
| 最大總功耗（典型值） | 165mW | 232mW |
| 采樣時鐘頻率范圍 | 3.9-4.1MHz | 3.9-8.1MHz |
| 適用場景 | 中低速高精度采集 | 高速高精度采集 |
二、封裝與引腳
1. 封裝規(guī)格
- 均采用 7mm×7mm 56 引腳 VQFN（RSH 封裝），內(nèi)置裸露熱焊盤（需接地以優(yōu)化散熱與機械性能），工作溫度范圍 -40°C 至 125°C，MSL 等級 3（260°C 峰值回流焊，168 小時濕度敏感等級）。
2. 關鍵引腳功能
| 引腳名稱 | 類型 | 核心功能 |
|---|---|---|
| AIN1P/AIN1M~AIN8P/AIN8M | 模擬輸入 | 8 對差分模擬輸入通道，支持單端 / 差分配置，內(nèi)置過壓鉗位保護 |
| AVDD_5V | 模擬電源 | 5V 模擬電源，需并聯(lián) 1μF+0.1μF 去耦電容接地 |
| VDD_1V8 | 模擬電源 | 1.8V 模擬電源，為內(nèi)部數(shù)字核心供電，需去耦電容接地 |
| IOVDD | 數(shù)字電源 | 1.2V-1.8V 數(shù)字 I/O 電源，為 SPI 與數(shù)據(jù)接口供電 |
| REFIO | 模擬 I/O | 內(nèi)部參考輸出（使能時）或外部參考輸入（禁用內(nèi)部參考時），需 10μF 去耦電容 |
| REFOUT_2V5 | 模擬輸出 | 2.5V 參考電壓輸出，供外部電路使用，需 10μF 去耦電容 |
| SMPL_CLKP/CLKM | 數(shù)字輸入 | 采樣時鐘輸入（差分或單端，單端時 CLKM 接地） |
| D0~D3 | 數(shù)字輸出 | 串行數(shù)據(jù)輸出通道（2 通道 / 4 通道模式可選） |
| DCLKOUT/FCLKOUT | 數(shù)字輸出 | 數(shù)據(jù)時鐘（源同步）/ 幀同步時鐘，用于數(shù)據(jù)采集同步 |
| CS/SCLK/SDI/SDO | 數(shù)字 I/O | SPI 配置接口（CS 低有效，SCLK 時鐘，SDI 數(shù)據(jù)輸入，SDO 數(shù)據(jù)輸出） |
| PWDN/RESET | 數(shù)字輸入 | 掉電控制（低有效）/ 復位控制（低有效），均內(nèi)置 100kΩ 上拉電阻 |
三、電氣規(guī)格與工作條件
1. 電源要求
| 電源類型 | 電壓范圍 | 典型值 | 備注 |
|---|---|---|---|
| AVDD_5V | 4.75V-5.25V | 5V | 模擬前端與采樣開關供電 |
| VDD_1V8 | 1.75V-1.85V | 1.8V | 內(nèi)部模擬電路與數(shù)字核心供電 |
| IOVDD | 1.15V-1.85V | 1.8V | 數(shù)字 I/O 與 SPI 接口供電 |
2. 關鍵電氣參數(shù)（典型值，TA=25°C）
- 輸入特性 ：輸入電容 10pF，輸入阻抗溫漂 10-25ppm/°C；寬共模模式下，CMRR（直流）-70dB，通道隔離串擾 -100dB。
- 參考特性 ：內(nèi)部 4.096V 參考電壓溫漂 10-25ppm/°C，REFIO 輸出電壓精度 ±0.1%。
- 功耗 ：ADS9815 在 1MSPS 時，AVDD_5V 電流 19-25mA，VDD_1V8 電流 35-43mA；ADS9817 在 2MSPS 時，AVDD_5V 電流 26-32mA，VDD_1V8 電流 50-70mA。
四、工作模式與控制
1. 核心工作模式
- 正常模式 ：需接入自由運行的采樣時鐘（SMPL_CLK），ADC 對 8 通道同步采樣，數(shù)據(jù)通過 D0~D3 輸出（支持 2 通道 / 4 通道、單數(shù)據(jù)率 SDR / 雙數(shù)據(jù)率 DDR 模式）。
- 掉電模式 ：通過 PWDN 引腳拉低或寄存器 PD_CH 配置（0xC0 寄存器）進入，寄存器配置保留，功耗降至 μA 級。
- 復位模式 ：通過 RESET 引腳拉低或寄存器 RESET 位（0x00 寄存器）觸發(fā)，寄存器恢復默認值，需重新執(zhí)行初始化序列。
2. 初始化序列
器件上電或復位后需執(zhí)行固定初始化流程（含寄存器 bank 切換、INIT 位配置、增益校準使能等），確保模擬前端與 ADC 穩(wěn)定，關鍵步驟如下（完整序列見文檔表 6-10）：
- 選擇寄存器 bank1（0x03 寄存器寫 0x0002），配置 INIT_2=1（0xF6 寄存器）。
- 切換至 bank2（0x03 寄存器寫 0x0010），配置 INIT_3~INIT_5 位，等待 10μs 后復位 INIT_5。
- 使能增益校準（0x33、0x34 寄存器），選擇數(shù)據(jù)格式（二進制補碼 / 無符號二進制，0x0D 寄存器）。
3. 校準功能
- 增益誤差校準 ：通過 GE_CAL_EN1~GE_CAL_EN4 寄存器位（0x0D、0x33、0x34）全局使能，校準后輸入范圍精度提升，未校準時光柵范圍會擴大 2.4%（如 ±5V 變?yōu)?±5.12V）。
- 偏移誤差校準 ：支持通過外部電路短路輸入（AINxP=AINxM），采集偏移數(shù)據(jù)后寫入寄存器補償。
五、接口與數(shù)據(jù)傳輸
1. SPI 配置接口
- 功能 ：用于寄存器讀寫（配置輸入范圍、濾波模式、參考選擇等），支持菊花鏈拓撲（多器件級聯(lián)減少 SPI 引腳），幀長度 24 位（8 位地址 + 16 位數(shù)據(jù)）。
- 關鍵時序 ：SCLK 最高頻率 20MHz，CS 高電平最小持續(xù)時間 220ns，SDI 數(shù)據(jù)建立時間 10ns、保持時間 5ns。
2. 數(shù)據(jù)輸出接口
- 模式配置 ：通過 DATA_LANES（0xC1 寄存器）選擇 2 通道（D3、D1 輸出）或 4 通道（D3~D0 輸出），DATA_RATE 選擇 SDR 或 DDR 模式，數(shù)據(jù)格式為 24 位（18 位轉換結果 + 6 位 0），MSB 優(yōu)先。
- 同步與時鐘 ：SMPL_SYNC 引腳用于多 ADC 同步采樣；DCLKOUT 頻率由采樣時鐘、通道數(shù)與數(shù)據(jù)率決定（如 ADS9817 4 通道 DDR 模式下，DCLKOUT=48MHz）。
- 測試模式 ：支持固定模式、數(shù)字斜坡、交替模式等測試圖案（0x13~0x1B 寄存器），用于驗證數(shù)據(jù)接口完整性。
六、寄存器配置
1. 寄存器 bank 劃分
- Bank0（地址 00h-06h） ：全局控制，如寄存器 bank 選擇（0x03）、復位（0x00）、菊花鏈長度（0x01）。
- Bank1（地址 0Dh、12h、C0h-C5h 等） ：核心功能配置，如輸入范圍（C2h/C3h）、濾波帶寬（C0h）、參考選擇（C1h）、增益校準（0x0D、0x33）、數(shù)據(jù)接口（C1h）。
- Bank2（地址 0Ah、12h、13h） ：初始化控制，如 INIT_3~INIT_5 位（用于上電初始化）。
2. 關鍵寄存器示例
| 寄存器地址 | 功能 | 關鍵位配置示例 |
|---|---|---|
| 0x0D | 數(shù)據(jù)格式與增益校準 | DATA_FORMAT=1（二進制補碼），GE_CAL_EN1=3（全局增益校準使能） |
| 0xC0 | 帶寬與掉電控制 | ANA_BW [7:0]=0xFF（所有通道寬帶寬模式），PD_CH=0（正常工作） |
| 0xC1 | 參考與數(shù)據(jù)接口 | PD_REF=0（啟用內(nèi)部參考），DATA_LANES=0（4 通道），DATA_RATE=0（DDR 模式） |
| 0xC2/C3 | 輸入范圍 | RANGE_CH1=0（±5V），RANGE_CH8=5（±12V） |
七、應用與設計建議
1. 典型應用場景
- 參數(shù)測量單元（PMU） ：用于半導體測試設備，同步采集多通道電壓 / 電流信號，配合 DAC 實現(xiàn)高精度力 / 測功能（見圖 8-1/8-2）。
- 電池化成測試 ：監(jiān)測電池充電 / 放電過程中的電壓、電流變化，寬輸入范圍適配不同電池類型（如鋰電池、鉛酸電池）。
- 高精度 DAQ ：用于工業(yè)過程控制、醫(yī)療設備（如超聲設備前端），低噪聲模式提升小信號采集精度。
2. 設計建議
- 電源與去耦 ：AVDD_5V、VDD_1V8、IOVDD 需獨立去耦（1μF 鉭電容 + 0.1μF 陶瓷電容靠近引腳），模擬地與數(shù)字地單點連接（熱焊盤處）。
- 輸入驅動 ：雖支持直接接傳感器，但長距離信號需加緩沖（如 THS4551）；輸入過壓時需串聯(lián)限流電阻（如 1kΩ），避免輸入電流超 10mA。
- 參考電路 ：REFIO 引腳需并聯(lián) 10μF 陶瓷電容（靠近引腳），外部參考推薦 REF7040（低溫漂 4.096V 參考）。
- PCB 布局 ：模擬信號（AINxP/AINxM、REFIO）與數(shù)字信號（SCLK、D0~D3）分開布線，避免交叉；熱焊盤通過過孔連接至地平面，優(yōu)化散熱。
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