在電子工程師的日常設(shè)計(jì)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(lái)深入探討一款性能出色的ADC——德州儀器（TI）的ADC78H90。它在汽車導(dǎo)航、便攜式系統(tǒng)、醫(yī)療儀器和移動(dòng)通信等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

ADC78H90是一款低功耗、8通道的CMOS 12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換吞吐量高達(dá)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，能夠在一次轉(zhuǎn)換中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換為全分辨率數(shù)字信號(hào)，無(wú)需上電延遲或虛假轉(zhuǎn)換。其輸出的串行數(shù)據(jù)為直二進(jìn)制格式，與SPI?、QSPI?、MICROWIRE?以及許多常見的DSP串行接口兼容。該芯片采用16引腳TSSOP封裝，可在 -40°C至 +85°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

二、產(chǎn)品特性

2.1 多通道與電源管理

• 八輸入通道：提供8個(gè)模擬輸入通道（AIN1 - AIN8），可靈活配置以滿足不同的應(yīng)用需求。
• 可變電源管理：支持獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源，模擬電源（$AV{DD}$）范圍為 +2.7V至 +5.25V，數(shù)字電源（$DV{DD}$）范圍為 +2.7V至$AV_{DD}$。正常工作時(shí)，+3V或 +5V電源的功耗分別為1.5 mW和8.3 mW；進(jìn)入掉電模式后，+3V和 +5V電源的功耗可分別降至0.3 μW和0.5 μW。

2.2 接口兼容性

輸出串行數(shù)據(jù)與SPI?、QSPI?、MICROWIRE?和常見的DSP串行接口兼容，方便與各種微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行連接。

2.3 高精度與低誤差

• 高分辨率：具有12位分辨率，無(wú)丟失碼，確保了高精度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
• 低非線性誤差：積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）最大均為 ±1 LSB，保證了轉(zhuǎn)換的線性度。
• 低偏移和增益誤差：偏移誤差（$V_{OFF}$）和增益誤差（GE）最大分別為 ±2 LSB和 ±3 LSB，且通道間的偏移誤差匹配（OEM）和增益誤差匹配（GEM）最大也分別為 ±2 LSB和 ±3 LSB。

2.4 良好的動(dòng)態(tài)性能

• 高信噪比：信號(hào) - 噪聲加失真比（SINAD）在特定條件下可達(dá)70 dB（最小值），信號(hào) - 噪聲比（SNR）可達(dá)70.8 dB（最小值）。
• 低諧波失真：總諧波失真（THD）最大為 -74 dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）最小為75.6 dB。

三、引腳說(shuō)明

四、工作原理

ADC78H90采用逐次逼近型架構(gòu)，基于電荷分配數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）設(shè)計(jì)。其工作過(guò)程分為跟蹤和保持兩個(gè)模式：

4.1 跟蹤模式

在CS引腳拉低后的前三個(gè)SCLK周期內(nèi)，ADC處于跟蹤模式。此時(shí)，開關(guān)SW1通過(guò)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平衡比較器輸入，使采樣電容能夠跟蹤輸入電壓。

4.2 保持模式

在接下來(lái)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，開關(guān)SW2使比較器失衡?？刂七壿嬰S后指示電荷分配DAC向采樣電容添加或減去固定量的電荷，直到比較器平衡。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。

五、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 電源設(shè)計(jì)

• 獨(dú)立供電：采用獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源，可有效減少數(shù)字噪聲對(duì)模擬信號(hào)的干擾。例如，可使用TI的LP2950低壓差穩(wěn)壓器為模擬和數(shù)字電源供電。
• 電源旁路：模擬電源（$AV{DD}$）應(yīng)使用靠近芯片的電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旁路，如1 μF鉭電容和0.1 μF陶瓷單片電容；數(shù)字電源（$DV{DD}$）也應(yīng)通過(guò)0.1 μF陶瓷單片電容旁路到地。

5.2 模擬輸入設(shè)計(jì)

• 低阻抗源驅(qū)動(dòng)：為了消除采樣電容充電引起的失真，應(yīng)使用低阻抗源驅(qū)動(dòng)ADC78H90的模擬輸入。特別是在采樣交流信號(hào)時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。
• 濾波處理：在采樣動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，可使用帶通或低通濾波器來(lái)減少諧波和噪聲，提高動(dòng)態(tài)性能。

5.3 數(shù)字接口設(shè)計(jì)

• 時(shí)鐘和片選信號(hào)：SCLK和CS信號(hào)的時(shí)序?qū)DC的正常工作至關(guān)重要。每個(gè)串行幀應(yīng)包含整數(shù)倍的16個(gè)SCLK上升沿，CS下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，上升沿結(jié)束轉(zhuǎn)換。
• 數(shù)據(jù)傳輸：轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)DOUT引腳以串行數(shù)據(jù)流的形式輸出，MSB優(yōu)先；控制寄存器的數(shù)據(jù)通過(guò)DIN引腳在每個(gè)轉(zhuǎn)換周期的前8個(gè)SCLK上升沿寫入。

六、性能優(yōu)化與注意事項(xiàng)

6.1 電源管理

• 電源順序：為避免ESD二極管導(dǎo)通，應(yīng)先施加模擬電源（$AV{DD}$），再施加數(shù)字電源（$DV{DD}$），且$DV{DD}$不能超過(guò)$AV{DD}$ 300 mV。
• 功耗控制：通過(guò)控制CS引腳的高低電平，可實(shí)現(xiàn)ADC的正常工作和掉電模式切換。在不需要轉(zhuǎn)換時(shí)，將CS引腳拉高，可顯著降低功耗。

6.2 輸入保護(hù)

模擬輸入信號(hào)的電壓范圍應(yīng)在（$AV_{DD}$ + 300 mV）和（GND - 300 mV）之間，以防止ESD二極管導(dǎo)通導(dǎo)致的異常工作。

6.3 噪聲抑制

• 電源噪聲：數(shù)字電源的噪聲可能會(huì)影響ADC的性能，可通過(guò)分離模擬和數(shù)字電源、減小輸出負(fù)載電容、在ADC輸出端使用串聯(lián)電阻等方法來(lái)抑制噪聲。
• 信號(hào)噪聲：在模擬輸入前端添加濾波電路，可有效減少輸入信號(hào)的噪聲和諧波，提高轉(zhuǎn)換的精度和穩(wěn)定性。

七、總結(jié)

ADC78H90以其高性能、低功耗、多通道和良好的兼容性，成為了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理設(shè)計(jì)電源、輸入輸出接口和濾波電路，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意電源管理、輸入保護(hù)和噪聲抑制等方面的問(wèn)題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助大家更好地了解和使用ADC78H90這款優(yōu)秀的A/D轉(zhuǎn)換器。

各位工程師朋友，在使用ADC78H90的過(guò)程中，你們遇到過(guò)哪些問(wèn)題或有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流！