在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，A/D轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的組件，它能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為后續(xù)的數(shù)字處理提供基礎(chǔ)。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的ADCS747x系列A/D轉(zhuǎn)換器，包括ADCS7476、ADCS7477和ADCS7478這三款產(chǎn)品。

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一、ADCS747x系列概述

ADCS747x系列是低功耗、單片CMOS的12位、10位和8位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)1 MSPS。它們可以直接替代Analog Device's的AD747x，采用逐次逼近寄存器架構(gòu)并內(nèi)置跟蹤保持電路。其串行接口兼容SPI、QSPI、MICROWIRE和許多常見的DSP串行接口標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的通用性。

1.1 特性亮點(diǎn)

• 可變電源管理：采用6引腳SOT - 23封裝，體積小巧，適合對空間要求較高的應(yīng)用。使用電源電壓作為參考，可實(shí)現(xiàn)0到$V_{DD}$的滿量程輸入范圍，單電源供電范圍為2.7 V至5.25 V。
• 高精度轉(zhuǎn)換：具有無失碼的分辨率（12位、10位和8位），DNL典型值為0.5、 - 0.3 LSB，INL典型值為±0.4 LSB，能保證較高的轉(zhuǎn)換精度。
• 低功耗設(shè)計(jì)：在不同電源電壓下功耗表現(xiàn)出色，3 - V電源時(shí)典型功耗為2 mW，5 - V電源時(shí)典型功耗為10 mW，還具備關(guān)機(jī)模式，可降低功耗。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

該系列產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，涵蓋汽車導(dǎo)航、工廠自動化或ATM設(shè)備、便攜式系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、移動通信以及儀器儀表和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

二、詳細(xì)規(guī)格參數(shù)

2.1 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。ADCS747x系列的電源電壓范圍為 - 0.3 V至6.5 V，各引腳電壓和電流也有相應(yīng)的限制，如任何模擬引腳和數(shù)字引腳相對于GND的電壓范圍、任何引腳（除電源引腳）的輸入電流等。同時(shí)，要注意焊接溫度和工作、存儲溫度范圍，避免超出額定值導(dǎo)致器件損壞。

2.2 ESD額定值

靜電放電（ESD）是電子器件的潛在威脅，ADCS747x系列的人體模型（HBM）ESD額定值為 + 3500 V，帶電設(shè)備模型（CDM）ESD額定值為 + 200 V。在使用和處理這些器件時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，如使用防靜電手環(huán)、在防靜電工作臺上操作等。

2.3 推薦工作條件

為了使器件達(dá)到最佳性能，推薦的工作條件包括電源電壓范圍（2.7 V至5.25 V）、數(shù)字輸入引腳電壓范圍（2.7 V至5.25 V）以及工作溫度范圍（ - 40°C至125°C）。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要確保這些條件得到滿足。

2.4 電氣特性

不同型號的ADCS747x在電氣特性上有一些差異。以ADCS7476為例，其輸入和輸出特性包括輸入高電壓、輸入低電壓、輸入電流、輸出高電壓、輸出低電壓等參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體需求選擇合適的型號，并關(guān)注這些參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。

2.5 時(shí)序要求

在 - 40°C至85°C的溫度范圍內(nèi)，$V{DD}$為2.7 V至5.25 V且$f{SCLK}$為20 MHz時(shí)，ADCS747x有特定的時(shí)序要求，如轉(zhuǎn)換時(shí)間、安靜時(shí)間、CS脈沖寬度、CS到SCLK的建立時(shí)間等。正確理解和滿足這些時(shí)序要求，是保證器件正常工作的關(guān)鍵。

三、工作原理與模式

3.1 功能框圖與基本操作

ADCS747x基于電荷分配數(shù)模轉(zhuǎn)換器的逐次逼近型模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其基本操作從$\overline{CS}$變低開始，啟動轉(zhuǎn)換過程和數(shù)據(jù)傳輸。SCLK控制轉(zhuǎn)換過程和串行數(shù)據(jù)的時(shí)序，SDATA為串行數(shù)據(jù)輸出引腳。在轉(zhuǎn)換過程中，器件會經(jīng)歷跟蹤模式和保持模式，具體狀態(tài)由開關(guān)控制。

3.2 數(shù)據(jù)輸出格式

ADCS747x的輸出格式為直二進(jìn)制，不同型號在數(shù)據(jù)輸出上有所不同。ADCS7476輸出12位數(shù)據(jù)，無尾隨零；ADCS7477輸出10位數(shù)據(jù)，后跟兩個(gè)尾隨零；ADCS7478輸出8位數(shù)據(jù)，后跟四個(gè)尾隨零。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，要根據(jù)不同型號的特點(diǎn)進(jìn)行處理。

3.3 工作模式

• 正常模式：要獲得最佳吞吐量，應(yīng)讓器件始終處于正常模式。在正常模式下，$\overline{CS}$必須在轉(zhuǎn)換開始后的第10個(gè)SCLK下降沿之后保持低電平，以完成完整的轉(zhuǎn)換。如果在第10個(gè)下降沿之后但在第16個(gè)下降沿之前將$\overline{CS}$拉高，當(dāng)前轉(zhuǎn)換將被中止。
• 關(guān)機(jī)模式：關(guān)機(jī)模式適用于不需要連續(xù)采樣或愿意犧牲吞吐量以降低功耗的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)換過程中，在SCLK的第二個(gè)和第十個(gè)下降沿之間將$\overline{CS}$拉高，器件將進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)模擬電路關(guān)閉，功耗降低。

四、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 典型應(yīng)用電路

以ADCS747x與LMT87溫度傳感器的應(yīng)用為例，該電路使用TI的LP2950低壓差電壓調(diào)節(jié)器提供電源，并通過電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旁路。模擬輸入和數(shù)字接口與微處理器或DSP連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。

4.2 模擬輸入設(shè)計(jì)

ADCS747x的模擬輸入有其特點(diǎn)，輸入通道的等效電路包括ESD保護(hù)二極管、電容和電阻。為了獲得最佳性能，應(yīng)使用低阻抗源驅(qū)動輸入，以減少采樣電容充電引起的失真。在處理交流信號時(shí)，可使用帶通或低通濾波器來降低諧波和噪聲，提高THD和SNR。

4.3 電源設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)對于ADCS747x的性能至關(guān)重要。由于電源電壓作為參考電壓，電源噪聲大于1/2 LSB的幅度會影響轉(zhuǎn)換器的噪聲性能。因此，要使用穩(wěn)定、低噪聲的電源，并將ADC的電源與數(shù)字組件的電源分開，以減少噪聲干擾。同時(shí)，要注意數(shù)字輸出負(fù)載電容對電源的影響，可通過適當(dāng)?shù)拇胧ㄈ缡褂么?lián)電阻）來降低噪聲。

4.4 布局設(shè)計(jì)

在PCB布局時(shí)，要將模擬電路和數(shù)字電路分開，避免電容耦合和串?dāng)_。時(shí)鐘線要盡量短，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩私?。模擬輸入要與噪聲信號隔離，外部組件要連接到干凈的接地平面。推薦使用單一、均勻的接地平面和分割的電源平面，將模擬和數(shù)字電路分別放置在不同的電源平面上。

五、總結(jié)

ADCS747x系列A/D轉(zhuǎn)換器以其高精度、低功耗、小封裝和廣泛的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。作為電子工程師，在使用該系列產(chǎn)品時(shí)，要深入理解其特性、規(guī)格參數(shù)、工作原理和應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠的電路系統(tǒng)。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。