引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。TI公司的ADC108S022作為一款低功耗、八通道CMOS 10位A/D轉(zhuǎn)換器，以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用場景，在眾多ADC產(chǎn)品中脫穎而出。今天，我們就來深入剖析這款A(yù)DC108S022，探討它的特性、性能指標(biāo)、工作原理以及應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品特性與概述

特性亮點(diǎn)

ADC108S022具有諸多令人矚目的特性。它擁有八個輸入通道，能夠同時處理多個模擬信號，大大提高了系統(tǒng)的集成度和信號處理能力。采用可變功率管理技術(shù)，可根據(jù)實(shí)際工作需求靈活調(diào)整功率消耗，在不同的工作模式下實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源設(shè)計(jì)，有效減少了電源干擾，提高了信號轉(zhuǎn)換的精度和穩(wěn)定性。此外，它還兼容SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP等多種通信標(biāo)準(zhǔn)，方便與各種數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口連接。封裝形式為16 - 引腳TSSOP，體積小巧，適合在空間有限的應(yīng)用場景中使用。

產(chǎn)品概述

該轉(zhuǎn)換器基于逐次逼近寄存器（SAR）架構(gòu)，并內(nèi)置了跟蹤 - 保持電路，可實(shí)現(xiàn)50 ksps至200 ksps的轉(zhuǎn)換吞吐量速率。輸出的串行數(shù)據(jù)為直二進(jìn)制格式，與多種常見的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)兼容，方便后續(xù)數(shù)字系統(tǒng)的處理和分析。其模擬電源（$V{A}$）范圍為 +2.7V至 +5.25V，數(shù)字電源（$V{D}$）范圍為 +2.7V至$V_{A}$，正常工作時，使用 +3V或 +5V電源的功耗分別為1.1 mW和6.4 mW，而在掉電模式下，功耗可大幅降低至0.09 μW（+3V電源）和0.3 μW（+5V電源），充分體現(xiàn)了其低功耗的優(yōu)勢。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

靜態(tài)特性

在靜態(tài)特性方面，ADC108S022的分辨率為10位，且無缺失碼，保證了信號轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）的最大值均為 ±0.3 LSB，偏移誤差（VOFF）最大值為 ±0.7 LSB，滿量程誤差（FSE）最大值為 ±0.4 LSB等參數(shù)，都表明了該轉(zhuǎn)換器在靜態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的高精度性能。

動態(tài)特性

動態(tài)特性上，全功率帶寬（FPBW）為8 MHz，信號 - 噪聲加失真比（SINAD）在輸入頻率為40.2 kHz時最小值為61.3 dB，信號 - 噪聲比（SNR）最小值為61.4 dB，總諧波失真（THD）最大值為 -73.4 dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）最小值為76.6 dB，有效位數(shù)（ENOB）最小值為9.89位等，這些參數(shù)展示了該轉(zhuǎn)換器在處理動態(tài)信號時的良好性能。

電氣特性

電氣特性方面，時鐘頻率范圍為0.8 MHz至3.2 MHz，采樣率范圍為50 ksps至200 ksps，轉(zhuǎn)換時間為13個SCLK周期，采集時間為3個SCLK周期等，這些參數(shù)為電路設(shè)計(jì)提供了明確的參考依據(jù)。

三、引腳描述與功能

模擬輸入引腳

4 - 11引腳為INO至IN7，作為模擬輸入引腳，可接受范圍從0V至$V_{REF}$的模擬信號。在實(shí)際應(yīng)用中，要確保輸入信號在該范圍內(nèi)，以保證轉(zhuǎn)換器的正常工作。

數(shù)字輸入輸出引腳

16引腳SCLK為數(shù)字時鐘輸入，其頻率范圍為0.8 MHz至3.2 MHz，直接控制轉(zhuǎn)換和讀出過程。15引腳DOUT為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出，在SCLK引腳的下降沿將輸出樣本時鐘輸出。14引腳DIN為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入，在SCLK引腳的上升沿將數(shù)據(jù)加載到ADC108S022的控制寄存器中。1引腳CS為芯片選擇引腳，在其下降沿開始轉(zhuǎn)換過程，只要CS保持低電平，轉(zhuǎn)換就會持續(xù)進(jìn)行。

電源引腳

2引腳$V{A}$為正模擬電源引腳，同時作為參考電壓，應(yīng)連接到 +2.7V至 +5.25V的穩(wěn)定電源，并通過1 μF和0.1 μF的單片陶瓷電容旁路到GND。13引腳$V{D}$為正數(shù)字電源引腳，應(yīng)連接到 +2.7V至$V_{A}$的電源，并通過0.1 μF的單片陶瓷電容旁路到GND。3引腳AGND和12引腳DGND分別為模擬和數(shù)字電源的接地引腳。

四、工作原理分析

跟蹤模式

當(dāng)$\overline{CS}$引腳變?yōu)榈碗娖胶蟮那叭齻€SCLK周期，ADC108S022處于跟蹤模式。此時，開關(guān)SW1通過多路復(fù)用器將采樣電容連接到八個模擬輸入通道之一，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的變化。

保持模式

在$\overline{CS}$引腳變?yōu)榈碗娖胶蟮淖詈笫齻€SCLK周期，ADC108S022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，開關(guān)SW2使比較器失衡?？刂七壿嬰S后指示電荷再分配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，提供給DAC的數(shù)字字即為模擬輸入電壓的數(shù)字表示。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，可使用TI的LP2950低 dropout電壓調(diào)節(jié)器為模擬和數(shù)字電源供電。模擬電源通過靠近ADC108S022的電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旁路，數(shù)字電源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。為了減少ADC108S022輸入電容變化引起的誤差，可在每個輸入引腳與地之間連接一個電容，同時添加隔離電阻以隔離負(fù)載電容與輸入源。

電源供應(yīng)考慮

電源順序

ADC108S022是雙電源設(shè)備，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$V{A}$超過300 mV，因此$V{A}$必須在$V{D}$之前或同時上升。

電源管理

該轉(zhuǎn)換器在$\overline{CS}$為低電平時完全上電，在$\overline{CS}$為高電平時完全掉電。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，它會在一次轉(zhuǎn)換的第16個SCLK下降沿和下一次轉(zhuǎn)換的第1個SCLK下降沿之間自動進(jìn)入掉電模式。用戶可根據(jù)實(shí)際需求選擇連續(xù)模式或突發(fā)模式，以平衡吞吐量和功耗。

電源噪聲考慮

為防止數(shù)字電源噪聲影響模擬電源，可將模擬和數(shù)字電源解耦或使用單獨(dú)的電源。同時，盡量減小輸出負(fù)載電容，若負(fù)載電容大于50 pF，可在ADC輸出端使用100 Ω的串聯(lián)電阻，以限制輸出電容的充放電電流，提高噪聲性能。

布局和接地

在PCB布局中，要將模擬電路與數(shù)字電路分開，時鐘線盡量短，以減少電容耦合帶來的干擾。避免使用為數(shù)字邏輯供電的同一電源為ADC108S022供電，以防止電源噪聲影響ADC的性能。模擬和數(shù)字線路應(yīng)盡量交叉成90°，避免相互干擾。

六、總結(jié)與展望

ADC108S022以其豐富的特性、出色的性能和靈活的應(yīng)用方式，為電子工程師在設(shè)計(jì)模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，只要我們充分理解其工作原理，合理設(shè)計(jì)電路布局和電源供應(yīng)，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高精度、低功耗的信號轉(zhuǎn)換。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，相信類似的高性能ADC產(chǎn)品將會不斷涌現(xiàn)，為電子設(shè)計(jì)帶來更多的可能性。

各位工程師朋友們，在使用ADC108S022的過程中，你們遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和見解。