ADS8681、ADS8685和ADS8689屬于基于逐次逼近 （SAR） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系列。這些器件具有高速、高精度 SAR ADC、集成模擬前端 （AFE） 輸入驅(qū)動(dòng)電路、高達(dá) ±20 V 的過壓保護(hù)電路，以及具有極低溫度漂移的片內(nèi) 4.096V 基準(zhǔn)電壓源。
*附件：ads8681.pdf

這些器件采用單5 V模擬電源供電，但支持±12.288 V、±6.144 V、±10.24 V、±5.12 V和±2.56 V的真雙極性輸入范圍，以及0 V至12.288 V、0 V至10.24 V、0 V至6.144 V和0 V至5.12 V的單極性輸入范圍。增益和失調(diào)誤差在每個(gè)輸入范圍的指定值內(nèi)精確調(diào)整，以確保高直流精度。輸入范圍的選擇通過器件內(nèi)部寄存器的軟件編程完成。無論所選輸入范圍如何，這些器件都提供高電阻輸入阻抗（≥ 1 MΩ）。

多SPI數(shù)字接口向后兼容傳統(tǒng)SPI協(xié)議。此外，可配置的功能簡(jiǎn)化了與各種主機(jī)控制器的接口。

特性

• 16 位 ADC，集成模擬前端
• 高速：
  • ADS8681：1 MSPS
  • ADS8685：500 kSPS
  • ADS8689：100 kSPS
• 軟件可編程輸入范圍：
  • 雙極性范圍：±12.288 V、±10.24 V、±6.144 V、±5.12 V 和 ±2.56 V
  • 單極性范圍：0 V–12.288 V、0 V–10.24 V、0 V–6.144 V 和 0 V–5.12 V
• 5V 模擬電源：1.65V 至 5V I/O 電源
• 恒定電阻輸入阻抗 ≥ 1 MΩ
• 輸入過壓保護(hù)：高達(dá) ±20 V
• 片內(nèi)4.096V基準(zhǔn)電壓源，具有低漂移
• 卓越的性能：
  • DNL：±0.4 LSB;INL：±0.5 LSB
  • 信噪比：92 分貝;總諧失真：–107 分貝
• ALARM →高、低閾值
• 帶菊花鏈的多SPI?接口
• 擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍：–40°C 至 +125°C

參數(shù)

方框圖

ADS868x 系列（含 ADS8681/ADS8685/ADS8689）是德州儀器推出的集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，基于逐次逼近型（SAR）ADC，具備 16 位分辨率，支持單電源供電（5V 模擬電源），提供 TSSOP-16 與 WQFN-16 兩種封裝，工作溫度范圍–40°C 至 + 125°C，兼具可編程輸入范圍、高阻抗輸入、超壓保護(hù)與靈活通信特性，專為模擬輸入模塊、半導(dǎo)體測(cè)試、伺服驅(qū)動(dòng)控制模塊等工業(yè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。

一、核心特性與關(guān)鍵參數(shù)

1. 基礎(chǔ)性能

• 采樣與分辨率：16 位無失碼分辨率，采樣速率分檔可選（ADS8681：1 MSPS、ADS8685：500 kSPS、ADS8689：100 kSPS）；微分非線性（DNL）±0.4 LSB，積分非線性（INL）±0.5 LSB，直流精度優(yōu)異。
• 輸入范圍：軟件可編程雙極性（±12.288 V/±10.24 V/±6.144 V/±5.12 V/±2.56 V）與單極性（0 V–12.288 V/0 V–10.24 V/0 V–6.144 V/0 V–5.12 V）輸入，適配不同幅值信號(hào)采集。
• 動(dòng)態(tài)性能：信噪比（SNR）最高 92 dB，總諧波失真（THD）低至–107 dB，無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）最高 114 dB；輸入阻抗≥1 MΩ（與采樣率無關(guān)），共模抑制比（CMRR）超 100 dB，抗干擾能力強(qiáng)。

2. 核心功能

• 保護(hù)與集成設(shè)計(jì)：內(nèi)置 ±20 V 輸入超壓保護(hù)（AVDD=5 V 時(shí)），AVDD 懸浮時(shí)支持 ±15 V 保護(hù)；集成 2 階低通抗混疊濾波器（–3 dB 截止頻率 15 kHz）、ADC 驅(qū)動(dòng)放大器與 4.096 V 低漂移基準(zhǔn)源（溫度漂移 4 ppm/°C–7 ppm/°C），簡(jiǎn)化前端設(shè)計(jì)。
• 報(bào)警與監(jiān)控：支持輸入電壓高低閾值報(bào)警與 AVDD 供電監(jiān)控（閾值 4.7 V–5.3 V），具備報(bào)警標(biāo)志與滯后功能，可通過引腳或寄存器反饋異常狀態(tài)。
• 通信接口：采用 multiSPI 接口，兼容標(biāo)準(zhǔn) SPI 協(xié)議（CPOL/CPHA 可配置），支持單 / 雙 SDO 輸出、菊花鏈級(jí)聯(lián)與源同步傳輸，最高 SCLK 頻率 66.67 MHz，適配多設(shè)備擴(kuò)展與高速數(shù)據(jù)傳輸。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：動(dòng)態(tài)功耗（最大吞吐量）ADS8681 典型值 8.2 mA，ADS8685 5.6 mA，ADS8689 4 mA；支持休眠（NAP）與掉電（PD）低功耗模式，掉電電流僅 10 μA，平衡性能與功耗。
• 可靠性：ESD 防護(hù) ±4000 V（模擬輸入引腳）、±2000 V（其他引腳）；結(jié)溫最高 150°C，TSSOP 封裝結(jié)到環(huán)境熱阻 95.7 °C/W，WQFN 封裝 31.9 °C/W，適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境。

二、核心功能解析

1. 輸入與信號(hào)調(diào)理

• 高阻抗輸入：輸入阻抗≥1 MΩ，無需額外驅(qū)動(dòng)放大器，可直接連接傳感器或信號(hào)源，降低系統(tǒng)復(fù)雜度；輸入電流小，減少信號(hào)源負(fù)載影響。
• 超壓保護(hù)：內(nèi)部集成過壓保護(hù)電路，通過 1 MΩ 輸入電阻與鉗位二極管限制輸入電流，避免過壓損壞器件，適配工業(yè)強(qiáng)干擾場(chǎng)景。
• 基準(zhǔn)與濾波：內(nèi)置 4.096 V 基準(zhǔn)源（可外接基準(zhǔn)），基準(zhǔn)緩沖器漂移低至 0.5 ppm/°C；2 階低通濾波器有效抑制帶外噪聲，提升動(dòng)態(tài)性能。

2. 通信與擴(kuò)展

• 靈活接口：支持標(biāo)準(zhǔn) SPI、雙 SDO 高速傳輸、菊花鏈級(jí)聯(lián)三種模式，可通過寄存器配置數(shù)據(jù)輸出格式（含設(shè)備地址、量程、報(bào)警標(biāo)志等附加信息），適配單設(shè)備或多設(shè)備組網(wǎng)需求。
• 菊花鏈擴(kuò)展：多設(shè)備級(jí)聯(lián)時(shí)共享 SCLK 與 CONVST/CS 引腳，通過 SDI/SDO 首尾連接，實(shí)現(xiàn)多通道同步采集，無需額外控制引腳。

3. 報(bào)警與低功耗管理

• 報(bào)警功能：可編程輸入高低閾值與滯后電壓，支持輸入超量程報(bào)警與 AVDD 供電異常報(bào)警，報(bào)警狀態(tài)通過引腳中斷或寄存器讀取，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控。
• 低功耗模式：休眠模式（NAP）通過寄存器使能，CONVST/CS 保持高電平時(shí)進(jìn)入，喚醒時(shí)間 20 μs；掉電模式（PD）可關(guān)閉模擬電路，僅保留寄存器配置，喚醒時(shí)間 20 ms，適配低吞吐量低功耗場(chǎng)景。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

適用于模擬輸入模塊、半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試設(shè)備、伺服驅(qū)動(dòng)器電流 / 電壓采集、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等場(chǎng)景，尤其適配需要單電源供電、寬輸入范圍、高抗干擾能力的工業(yè)控制與測(cè)試應(yīng)用。

四、封裝與訂購信息

• 封裝規(guī)格：16 引腳 TSSOP（PW 封裝，5.0 mm×4.4 mm）與 16 引腳 WQFN（RUM 封裝，4.0 mm×4.0 mm），均符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，引腳鍍層為 NIPDAU，焊接兼容性良好。
• 訂購型號(hào)：量產(chǎn)型號(hào)包括 ADS8681IPW（TSSOP，管裝 90 個(gè)）、ADS8681IRUMR（WQFN，卷帶 3000 個(gè)）、ADS8685IPWR（TSSOP，卷帶 2000 個(gè)）、ADS8689IPWR（TSSOP，卷帶 2000 個(gè)）等，MSL 等級(jí) 3（TSSOP）/1（WQFN），峰值回流溫度 260°C。

五、設(shè)計(jì)與使用建議

1. 電源與基準(zhǔn)

• 電源設(shè)計(jì)：模擬電源（AVDD）需 4.75 V–5.25 V，數(shù)字電源（DVDD）1.65 V–AVDD；AVDD 與 AGND、DVDD 與 DGND 需分別就近配置 1 μF+10 μF 去耦電容，減少電源噪聲影響。
• 基準(zhǔn)配置：使用內(nèi)置基準(zhǔn)時(shí)，REFIO 引腳需并聯(lián) 4.7 μF 濾波電容至 REFGND；使用外置基準(zhǔn)時(shí)，需將 REFIO 配置為輸入，外部基準(zhǔn)電壓范圍 4.046 V–4.146 V，建議搭配低噪聲基準(zhǔn)源（如 REF5040）。

2. 輸入與布局

• 輸入配置：模擬輸入需控制在所選量程內(nèi)，未使用通道建議接地；AIN_P 與 AIN_GND 引腳布線對(duì)稱，匹配源阻抗，減少偏移誤差。
• 布局規(guī)范：PCB 分為模擬區(qū)與數(shù)字區(qū)，采用單接地平面；模擬信號(hào)遠(yuǎn)離 SCLK 等數(shù)字高速信號(hào)；REFIO、REFCAP 引腳濾波電容緊鄰器件，避免 vias，降低基準(zhǔn)噪聲。

3. 接口與同步

• 通信配置：根據(jù)傳輸速率選擇 SPI 模式（CPOL/CPHA），高速傳輸推薦雙 SDO 模式或源同步傳輸；多設(shè)備級(jí)聯(lián)時(shí)需確保所有設(shè)備配置一致，SCLK 頻率匹配器件吞吐量。
• 同步采集：多設(shè)備同步時(shí)，共享 CONVST/CS 信號(hào)觸發(fā)轉(zhuǎn)換，通過菊花鏈實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串行傳輸，確保通道間時(shí)序一致性。

六、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 量程選擇：根據(jù)信號(hào)幅值選擇合適輸入量程，最大化 ADC 動(dòng)態(tài)范圍；例如 ±12 V 信號(hào)選擇 ±12.288 V 量程，5 V 信號(hào)選擇 0 V–6.144 V 量程。
• 校準(zhǔn)與初始化：上電后需等待基準(zhǔn)穩(wěn)定（約 20 ms），必要時(shí)通過寄存器配置報(bào)警閾值與通信模式；多設(shè)備級(jí)聯(lián)需先配置主設(shè)備，再通過菊花鏈配置從設(shè)備。
• 抗干擾措施：模擬輸入串聯(lián)合適電阻抑制 ESD，電源端添加磁珠濾波；數(shù)字地與模擬地單點(diǎn)連接，減少地環(huán)路干擾。