ADS8634和ADS8638（ADS8634/8）是12位模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），能夠測量最高±10V的輸入，且功率為1MSPS。通過連續(xù)近似寄存器（SAR）磁芯，這些ADC提供了采樣保持的前端，轉(zhuǎn)換時無延遲。ADS8634包含一個輸入復(fù)用器（mux），可測量最多四個輸入。ADS8638最多可測量八個輸入。
*附件：ads8634.pdf

除了輸入多路復(fù)用器外，ADS8634/8還配備了內(nèi)部溫度傳感器、電壓參考和數(shù)字比較器，用于在每個輸入設(shè)置報警閾值;因此，所需的外部組件數(shù)量極少。一個簡單的兼容SPI接口支持通信和控制。數(shù)字電源的電壓范圍從5V一直到1.8V，可直接連接各種處理器和控制器。

ADS8634/8非常適合要求嚴(yán)格的工業(yè)測量應(yīng)用，其在-40°C至+125°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了完整規(guī)格，并采用小型QFN-24封裝。

特性

• 可選輸入范圍：
  ±10V、±5V、±2.5V、0V至10V，或
  0V至5V
  ，最高可達(dá)±12V（含外部參考）
• 無潛在轉(zhuǎn)換，最高可達(dá)1MSPS
• 卓越性能：
  12位無缺碼
  內(nèi)長：±0.9 聲
  波 信噪比：71.8dB
• 高度集成：
  4通道或8通道輸入多路復(fù)用
  器溫度傳感器
  ，每個通道的內(nèi)部電壓參考
  報警閾值
• 低功耗：
  14.45mW（1MSPS
  ）時 5.85mW（0.1MSPS
  ）靈活斷電模式
• 兼容SPI?的串行接口
• 擴(kuò)展溫度范圍：
  –40°C至+125°C
• 小尺寸：4毫米×4毫米QFN封裝

參數(shù)

方框圖

ADS8634/8638 是德州儀器（TI）推出的兩款高集成度 SAR 架構(gòu) ADC，核心差異為通道數(shù)量（ADS8634：4 通道；ADS8638：8 通道），均支持 1MSPS 采樣率、軟件可選輸入范圍與豐富報警功能，適用于工業(yè)過程控制（PLC）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速閉環(huán)系統(tǒng)等場景，尤其適配需多通道雙極性信號測量的工業(yè)應(yīng)用。

一、芯片基礎(chǔ)信息與核心特性

1. 基礎(chǔ)規(guī)格

• 型號與系列差異 ：屬于同一系列，僅通道數(shù)量不同（4 通道 / 8 通道），功能配置完全一致；文檔編號 SBAS541A，2011 年 5 月發(fā)布、2011 年 8 月修訂。
• 供電與溫度 ：模擬電源（AVDD）2.7V-5.25V，數(shù)字電源（DVDD）1.65V-5.25V，高壓電源（HVDD/HVSS）±10V-±15V；工作溫度 - 40°C 至 125°C，存儲溫度 - 65°C 至 150°C，滿足寬溫工業(yè)環(huán)境需求。
• 封裝與散熱 ：4mm×4mm 24 引腳 VQFN 封裝，結(jié)到環(huán)境熱阻 32.6°C/W，結(jié)到板熱阻 3.3°C/W，底部裸露焊盤需焊接至 PCB 接地平面，兼顧散熱與抗干擾性能。

2. 核心性能指標(biāo)

• 分辨率與精度 ：12 位分辨率，無失碼；INL 最大 ±1.5LSB，DNL 最大 ±1.6LSB，總未調(diào)整誤差（TUE）±0.23% FS；偏移誤差 ±3LSB，增益誤差 ±8LSB，偏移溫度系數(shù) 0.75ppmFS/°C，增益溫度系數(shù) 1.2ppm/°C，溫漂特性優(yōu)異。
• 輸入與動態(tài)性能 ：軟件可選雙極性（±2.5V/±5V/±10V）與單極性（0V-5V/0V-10V）輸入范圍，外部參考下可擴(kuò)展至 ±12V；SNR 典型 71.8dB，THD 在 1kHz 時 - 81dB，SFDR 在 1kHz 時 - 83dB，全功率帶寬 1MHz；輸入電容 8pF，輸入泄漏電流在 125°C 時最大 200nA。
• 功耗與接口 ：1MSPS 采樣率下總功耗 14.45mW，0.1MSPS 時僅 5.85mW，支持靈活掉電模式；SPI 兼容串行接口，支持 16MHz-20MHz SCLK，數(shù)據(jù)輸出格式為 16 位（4 位通道地址 + 12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果）。
• ESD 與可靠性 ：人體放電模型（HBM）±2000V，帶電器件模型（CDM）±500V，靜電防護(hù)能力滿足工業(yè)級要求；集成內(nèi)部溫度傳感器，絕對精度 ±5% FS，支持設(shè)備溫度監(jiān)測。

二、關(guān)鍵功能模塊與工作原理

1. 核心功能模塊

• 多通道采樣與靈活輸入 ：
  • 內(nèi)置 4/8 通道輸入多路選擇器，支持手動掃描與自動掃描模式，自動掃描可自定義選擇待掃描通道，按升序循環(huán)采樣。
  • 輸入支持雙極性與單極性信號，通過軟件配置切換，每個通道可獨(dú)立分配輸入范圍，滿足不同傳感器信號適配需求；AINGND 引腳作為輸入公共端，支持 ±0.2V 地電位差，適配模塊化系統(tǒng)接地差異場景。
• 高集成輔助功能 ：
  • 集成 2.5V 內(nèi)部參考（初始精度 ±1.2%，溫度漂移 20ppm/°C），支持 2.0V-3.0V 外部參考，參考引腳需并聯(lián) 10μF 去耦電容。
  • 內(nèi)置每通道獨(dú)立高低報警功能，支持 12 位閾值與 4 位滯回設(shè)置，報警輸出可通過 AL_PD 引腳配置（主動高報警 / 低有效掉電），同時提供活躍報警標(biāo)志與鎖定報警標(biāo)志，便于故障追溯。
• 低功耗與溫度監(jiān)測 ：
  • 支持異步掉電（AL_PD 引腳）與寄存器控制掉電，掉電狀態(tài)下各電源電流僅 5μA，低速率采樣時可通過縮短動態(tài)工作時間進(jìn)一步降低功耗。
  • 集成內(nèi)部溫度傳感器，可通過通道選擇寄存器臨時切換至溫度測量模式，溫度與輸出碼呈線性關(guān)系，支持溫度報警閾值配置。

2. 工作原理

• 采用逐次逼近寄存器（SAR）架構(gòu)，采樣由 CS 引腳下降沿觸發(fā)，轉(zhuǎn)換過程通過 SCLK 時鐘完成，無轉(zhuǎn)換延遲；模擬信號經(jīng)多路選擇器切換后，由采樣保持電路捕獲，再通過 SAR 核心轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換結(jié)果隨 SCLK 下降沿串行輸出。
• 輸入信號范圍由寄存器配置決定，雙極性信號采用偏移二進(jìn)制格式輸出，單極性信號采用二進(jìn)制格式輸出；報警功能通過數(shù)字比較器實(shí)時監(jiān)測轉(zhuǎn)換結(jié)果與閾值關(guān)系，滿足條件時觸發(fā)報警引腳與標(biāo)志位。

三、應(yīng)用場景與設(shè)計建議

1. 典型應(yīng)用

• 工業(yè)過程控制 ：PLC 模擬量輸入模塊，適配壓力、溫度等雙極性傳感器信號采集，通過多通道設(shè)計減少器件數(shù)量。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ：多通道數(shù)據(jù)記錄儀，利用軟件可選輸入范圍與高集成特性，簡化系統(tǒng)外圍電路，降低設(shè)計復(fù)雜度。
• 高速閉環(huán)系統(tǒng) ：需快速響應(yīng)的工業(yè)閉環(huán)控制，1MSPS 采樣率與 71.8dB SNR 滿足高速高精度信號測量需求。

2. 設(shè)計注意事項(xiàng)

• 電源與去耦 ：AVDD、DVDD、HVDD/HVSS 需獨(dú)立供電，每個電源引腳就近并聯(lián) 0.1μF 陶瓷去耦電容，AVDD 與 DVDD 建議額外配置 1μF 電容，高壓電源需預(yù)留足夠紋波抑制。
• 輸入與參考設(shè)計 ：
  • 模擬輸入需匹配所選范圍，雙極性信號需保證共模電壓穩(wěn)定，高阻抗信號源需在輸入端并聯(lián)旁路電容（推薦≥100pF），降低采樣毛刺影響。
  • 優(yōu)先使用內(nèi)部參考以簡化設(shè)計，若需更高精度可選用外部參考（如 REF30xx 系列），參考引腳與 REFGND 需短距離布線，減少干擾。
• 布局與接口 ：
  • 模擬區(qū)域與數(shù)字區(qū)域嚴(yán)格分區(qū)布線，模擬地與數(shù)字地共面且單點(diǎn)連接，HVDD/HVSS 布線需遠(yuǎn)離模擬輸入通道，減少串?dāng)_。
  • SPI 接口需注意時序匹配，SCLK 最高頻率隨 DVDD 變化（1.8V 時 16MHz；3V/5V 時 20MHz），DOUT 引腳建議串聯(lián) 50Ω 終端電阻，降低傳輸反射。
• 報警與掉電配置 ：
  • 報警閾值需結(jié)合輸入范圍與傳感器特性設(shè)置，滯回值建議≥2LSB，避免頻繁觸發(fā)報警；AL_PD 引腳默認(rèn)配置為掉電功能，需通過寄存器切換為報警輸出。
  • 低速率采樣時（<1MSPS），建議使用最高 SCLK 頻率，延長器件靜態(tài)工作時間，降低平均功耗。

四、關(guān)鍵配置要點(diǎn)

• 通道與掃描模式 ：通過 Auto-Md Ch-Sel 寄存器選擇自動掃描通道，Manual/Auto 寄存器切換掃描模式；手動模式需逐幀指定通道，自動模式按升序循環(huán)掃描選定通道。
• 輸入范圍配置 ：通過 Ch0-Ch3/Ch7 Range 寄存器為每個通道分配輸入范圍，支持不同通道配置不同范圍，也可通過 Manual/Auto 寄存器臨時覆蓋指定范圍。
• 報警與溫度監(jiān)測 ：
  • 報警配置需切換至 Page1 寄存器，設(shè)置各通道高低報警閾值與滯回值，Page0 寄存器可讀取報警標(biāo)志位。
  • 溫度測量需先通過 Aux-Config 寄存器啟用溫度傳感器，再通過通道選擇寄存器選擇溫度傳感器通道，測量完成后切換回正常通道掃描。