在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們來深入探討德州儀器（Texas Instruments）的ADS8341，一款16位、4通道串行輸出采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，看看它有哪些特性、如何工作以及在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的要點(diǎn)。

文件下載：ads8341.pdf

一、特性與概述

1. 基本特性

ADS8341具有諸多令人矚目的特性。它與ADS7841引腳兼容，支持2.7V至5V的單電源供電，擁有4通道單端或2通道差分輸入，轉(zhuǎn)換速率高達(dá)100kHz，SINAD（信納比）可達(dá)86dB，采用串行接口和SSOP - 16封裝。

2. 低功耗與高性能

在100kHz吞吐量和+5V電源下，典型功耗僅為8mW。它還具備關(guān)機(jī)模式，可將功耗降低至15μW以下。其低功耗、高速以及片上多路復(fù)用器的特性，使其非常適合電池供電系統(tǒng)，如個(gè)人數(shù)字助理、便攜式多通道數(shù)據(jù)記錄器和測(cè)量設(shè)備等。同時(shí)，串行接口為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供了低成本的隔離方案。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

ADS8341的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了數(shù)據(jù)采集、測(cè)試與測(cè)量、工業(yè)過程控制、個(gè)人數(shù)字助理以及電池供電系統(tǒng)等多個(gè)方面。在這些應(yīng)用中，它能夠憑借自身的高性能和低功耗特性，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

三、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

在使用ADS8341時(shí)，必須了解其絕對(duì)最大額定值。例如，+Vcc到GND的電壓范圍為 - 0.3V至+6V，模擬輸入到GND為 - 0.3V至+Vcc + 0.3V，數(shù)字輸入到GND為 - 0.3V至+6V，功率耗散最大為250mW，最大結(jié)溫為150°C等。超過這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

2. 電氣參數(shù)

在不同的電源電壓（如+5V和+2.7V）下，ADS8341的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)不同。以+5V電源為例，分辨率為16位，系統(tǒng)性能方面，無丟失碼為14位，積分線性誤差為±8LSB等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估器件在特定應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。

四、工作原理

1. 輸入電流與轉(zhuǎn)換

ADS8341是一款經(jīng)典的逐次逼近寄存器（SAR）A/D轉(zhuǎn)換器，基于電容重新分配架構(gòu)，本身包含采樣保持功能。其輸入電流取決于轉(zhuǎn)換速率，在采樣期間，源必須對(duì)內(nèi)部采樣電容（典型值為25pF）進(jìn)行充電，充電完成后不再有輸入電流。

2. 參考電壓與輸入范圍

該器件需要外部參考和外部時(shí)鐘，外部參考電壓范圍為500mV至+Vcc，參考電壓直接設(shè)定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。例如，在單端模式下，1.25V參考電壓且COM引腳接地時(shí)，所選輸入通道可對(duì)0V至1.25V的信號(hào)進(jìn)行正確數(shù)字化。

3. 模擬輸入配置

模擬輸入通過四通道多路復(fù)用器提供，可參考COM引腳電壓（通常為地）或使用兩個(gè)輸入通道進(jìn)行差分輸入，具體配置可通過數(shù)字接口選擇。

五、數(shù)字接口

1. 通信周期

ADS8341的數(shù)字接口與微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器之間的每次通信由八個(gè)時(shí)鐘周期組成，一次完整的轉(zhuǎn)換需要三次串行通信，共24個(gè)時(shí)鐘周期。

2. 控制字節(jié)

第一個(gè)八個(gè)周期用于通過DIN引腳提供控制字節(jié)，控制字節(jié)中的各個(gè)位控制著多路復(fù)用器的輸入模式、通道選擇以及電源模式等。例如，S位為起始位，A2 - A0位選擇輸入通道，SGL/DIF位控制單端或差分模式，PD1 - PD0位選擇電源模式。

3. 時(shí)鐘模式

ADS8341可使用外部串行時(shí)鐘或內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行逐次逼近轉(zhuǎn)換。在內(nèi)部時(shí)鐘模式下，器件內(nèi)部生成轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)。切換時(shí)鐘模式時(shí)，需要額外的轉(zhuǎn)換周期。

六、功耗與噪聲

1. 功耗模式

ADS8341有全功率、自動(dòng)掉電和關(guān)機(jī)三種功耗模式。在不同的工作條件下，這些模式的功耗表現(xiàn)不同。例如，在全速和24時(shí)鐘/轉(zhuǎn)換的情況下，全功率模式和自動(dòng)掉電模式的差異較?。坏?dāng)降低轉(zhuǎn)換頻率時(shí)，自動(dòng)掉電模式可顯著降低功耗。

2. 噪聲特性

ADS8341本身的本底噪聲極低，遠(yuǎn)低于同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。通過對(duì)數(shù)字代碼進(jìn)行平均處理，可以補(bǔ)償A/D轉(zhuǎn)換器的噪聲，對(duì)于直流附近頻率的輸入信號(hào)，平均轉(zhuǎn)換結(jié)果可將過渡噪聲降低$1/ \sqrt{n}$（n為平均次數(shù)）；對(duì)于交流信號(hào)，可使用數(shù)字濾波器進(jìn)行低通濾波和抽取，每抽取2倍，信噪比可提高3dB。

七、布局注意事項(xiàng)

為了使ADS8341達(dá)到最佳性能，在物理布局時(shí)需要格外注意。由于基本SAR架構(gòu)對(duì)電源、參考、接地連接和數(shù)字輸入上的毛刺或突然變化敏感，因此電源應(yīng)干凈且經(jīng)過良好的旁路處理，參考電壓也需要進(jìn)行類似的旁路處理，GND引腳應(yīng)連接到干凈的接地點(diǎn)，理想情況下應(yīng)使用專門的模擬接地平面。

八、總結(jié)

ADS8341作為一款高性能的16位4通道串行輸出采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，憑借其低功耗、高速、高分辨率以及靈活的輸入配置等特性，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但在實(shí)際使用中，我們需要充分了解其電氣特性、工作原理和布局要求，以確保其性能的充分發(fā)揮。各位工程師在設(shè)計(jì)過程中，不妨結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，深入挖掘ADS8341的潛力，你是否在實(shí)際項(xiàng)目中使用過類似的ADC呢？遇到過哪些問題又有怎樣的解決經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。