在電子工程師的日常工作中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們就來詳細(xì)探討一款性能出色的ADC——德州儀器（TI）的ADC088S052。這款8通道、200 ksps到500 ksps、8位的A/D轉(zhuǎn)換器，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

ADC088S052是一款低功耗的CMOS 8位A/D轉(zhuǎn)換器，具備8個(gè)輸入通道，轉(zhuǎn)換吞吐量速率范圍為200 ksps到500 ksps。它采用逐次逼近寄存器（SAR）架構(gòu)，并內(nèi)置跟蹤保持電路，輸出的串行數(shù)據(jù)為直二進(jìn)制格式，兼容SPI?、QSPI?、MICROWIRE和許多常見的DSP串行接口。

特性亮點(diǎn)

• 多通道輸入：擁有8個(gè)獨(dú)立的模擬輸入通道，可同時(shí)處理多個(gè)模擬信號(hào)，大大提高了系統(tǒng)的集成度和處理能力。
• 獨(dú)立電源：支持獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。模擬電源（$V{A}$）范圍為 +2.7V到 +5.25V，數(shù)字電源（$V{D}$）范圍為 +2.7V到$V_{A}$。
• 低功耗設(shè)計(jì)：正常工作時(shí)，使用 +3V電源功耗僅為1.2 mW，使用 +5V電源功耗為6.5 mW。在掉電模式下，功耗可降至極低水平，使用 +3V電源時(shí)為0.03 μW，使用 +5V電源時(shí)為0.15 μW。
• 接口兼容性強(qiáng)：與SPI?、QSPI?、MICROWIRE和DSP接口兼容，方便與各種微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器連接。
• 寬溫度范圍：可在 -40°C到 +105°C的擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適用于各種惡劣環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域

ADC088S052的應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了汽車導(dǎo)航、便攜式系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、移動(dòng)通信以及儀器儀表和控制系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

引腳說明

ADC088S052采用16引腳TSSOP封裝，各引腳功能如下：

模擬輸入輸出

• IN0 - IN7（引腳4 - 11）：模擬輸入引腳，輸入信號(hào)范圍為0V到$V_{REF}$。

  數(shù)字輸入輸出

• SCLK（引腳16）：數(shù)字時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘頻率范圍為3.2 MHz到8 MHz，直接控制轉(zhuǎn)換和讀出過程。
• DOUT（引腳15）：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，在SCLK引腳的下降沿將輸出樣本時(shí)鐘輸出。
• DIN（引腳14）：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入，在SCLK引腳的上升沿將數(shù)據(jù)加載到ADC088S052的控制寄存器。
• CS（引腳1）：芯片選擇，CS引腳的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程，只要CS保持低電平，轉(zhuǎn)換就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。

  電源引腳

• VA（引腳2）：正模擬電源引腳，同時(shí)作為參考電壓。該引腳應(yīng)連接到穩(wěn)定的 +2.7V到 +5.25V電源，并通過1 μF和0.1 μF的單片陶瓷電容旁路到GND，電容應(yīng)靠近電源引腳（距離不超過1 cm）。
• VD（引腳13）：正數(shù)字電源引腳，應(yīng)連接到 +2.7V到$V_{A}$的電源，并通過0.1 μF的單片陶瓷電容旁路到GND，電容同樣應(yīng)靠近電源引腳。
• AGND（引腳3）：模擬電源和信號(hào)的接地返回引腳。
• DGND（引腳12）：數(shù)字電源和信號(hào)的接地返回引腳。

工作原理

ADC088S052的工作過程分為跟蹤和保持兩個(gè)模式：

跟蹤模式

在$\overline{CS}$引腳變?yōu)榈碗娖胶蟮那叭齻€(gè)SCLK周期內(nèi)，ADC處于跟蹤模式。此時(shí)，開關(guān)SW1通過多路復(fù)用器將采樣電容連接到八個(gè)模擬輸入通道之一，開關(guān)SW2平衡比較器的輸入，使采樣電容能夠跟蹤輸入信號(hào)的變化。

保持模式

接下來的十三個(gè)SCLK周期內(nèi)，ADC進(jìn)入保持模式。開關(guān)SW1將采樣電容連接到地，保持采樣電壓不變，開關(guān)SW2使比較器失衡?？刂七壿媱t指示電荷重分配DAC向采樣電容添加或減去固定量的電荷，直到比較器達(dá)到平衡。此時(shí)，提供給DAC的數(shù)字字即為模擬輸入電壓的數(shù)字表示。

電氣特性

靜態(tài)特性

• 分辨率：無丟失碼的分辨率為8位。
• 積分非線性（INL）：采用端點(diǎn)法測(cè)量，典型值為 +0.05 LSB，最大值為 ±0.2 LSB。
• 差分非線性（DNL）：典型值為 ±0.06 LSB，最大值為 ±0.2 LSB。
• 偏移誤差（VoFF）：典型值為 +0.6 LSB，最大值為 ±0.7 LSB。

  動(dòng)態(tài)特性

• 全功率帶寬（FPBW）： -3dB帶寬為8 MHz。
• 信噪失真比（SINAD）：在$f_{IN} = 40.2 kHz$， -0.02 dBFS條件下，典型值為49.6 dB，最小值為49.2 dB。
• 信噪比（SNR）：在相同條件下，典型值為49.6 dB，最小值為49.3 dB。
• 總諧波失真（THD）：典型值為 -70.6 dB，最大值為 -63.1 dB。

應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用中，ADC088S052的模擬和數(shù)字電源引腳可由TI的LP2950低壓差電壓調(diào)節(jié)器供電。模擬電源通過靠近ADC的電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旁路，數(shù)字電源則通過隔離電阻與模擬電源分離，并添加額外的電容進(jìn)行旁路。為了確保參考電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)盡量保持$V_{A}$的干凈。此外，由于ADC088S052的功率要求較低，也可以使用精密參考源作為電源。

電源管理

• 電源順序：由于ADC088S052是雙電源設(shè)備，且兩個(gè)電源引腳共享ESD資源，因此必須確保電源按正確順序施加。為避免ESD二極管導(dǎo)通，數(shù)字電源$V{D}$不能超過模擬電源$V{A}$ 300 mV，即使是瞬態(tài)情況也不允許。所以，$V{A}$必須在$V{D}$之前或同時(shí)上升。
• 功耗模式：當(dāng)$\overline{CS}$為低電平時(shí)，ADC088S052完全上電；當(dāng)$\overline{CS}$為高電平時(shí)，ADC完全掉電。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，ADC會(huì)在一次轉(zhuǎn)換的第16個(gè)SCLK下降沿和下一次轉(zhuǎn)換的第1個(gè)SCLK下降沿之間自動(dòng)進(jìn)入掉電模式。通過采用突發(fā)模式，用戶可以在單位時(shí)間內(nèi)減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，從而在降低吞吐量的同時(shí)降低功耗。

  電源噪聲考慮

  數(shù)字電源$V_{D}$在為輸出負(fù)載電容充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，導(dǎo)致數(shù)字電源電壓波動(dòng)。如果這些波動(dòng)過大，可能會(huì)降低ADC的SNR和SINAD性能。為了避免數(shù)字噪聲進(jìn)入模擬電源，應(yīng)將模擬和數(shù)字電源相互解耦，或使用單獨(dú)的電源。同時(shí)，應(yīng)盡量減小輸出負(fù)載電容的大小，如果負(fù)載電容大于50 pF，可在ADC輸出端靠近引腳處添加一個(gè)100 Ω的串聯(lián)電阻，以限制輸出電容的充放電電流，保持噪聲性能。

  布局和接地

  為了避免數(shù)字電路和模擬電路之間的電容耦合導(dǎo)致性能下降，應(yīng)將模擬電路和數(shù)字電路分開布局，并盡量縮短時(shí)鐘線的長(zhǎng)度。數(shù)字電路產(chǎn)生的電源和地電流瞬變可能會(huì)影響系統(tǒng)的噪聲性能，因此不要將ADC088S052與數(shù)字邏輯使用同一電源。此外，模擬和數(shù)字線路應(yīng)盡量避免交叉，時(shí)鐘線應(yīng)作為傳輸線進(jìn)行處理并正確端接。模擬輸入應(yīng)與噪聲信號(hào)走線隔離，外部組件應(yīng)連接到干凈的接地平面。

總結(jié)

ADC088S052以其多通道輸入、低功耗、寬溫度范圍和良好的電氣性能，成為了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮其電源管理、噪聲抑制和布局接地等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和應(yīng)用這款優(yōu)秀的A/D轉(zhuǎn)換器。你在使用類似ADC時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。