解析AD7890：8通道12位串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的AD7890，一款8通道12位串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，看看它有哪些獨(dú)特的特性和優(yōu)勢。

文件下載：AD7890AN-10.pdf

一、AD7890的特性亮點(diǎn)

1. 高速12位ADC

AD7890配備了快速的12位ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為5.9 μs，能夠快速準(zhǔn)確地將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。

2. 多通道輸入

它擁有八個(gè)單端模擬輸入通道，為用戶提供了豐富的信號(hào)采集選擇。同時(shí)，還支持不同的輸入范圍，如AD7890 - 10的±10 V、AD7890 - 4的0 V至4.096 V以及AD7890 - 2的0 V至2.5 V，可適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場景。

3. 獨(dú)立訪問多路復(fù)用器和ADC

這一特性允許用戶在多路復(fù)用器和ADC之間插入抗混疊濾波器或信號(hào)調(diào)理電路。這樣一來，一個(gè)抗混疊濾波器就可以用于所有八個(gè)通道，大大節(jié)省了成本和電路板空間。

4. 片上功能豐富

片上集成了跟蹤/保持放大器、參考源和高速串行接口。跟蹤/保持放大器能夠在轉(zhuǎn)換過程中保持輸入信號(hào)的穩(wěn)定，參考源為ADC提供了穩(wěn)定的參考電壓，而高速串行接口則方便與微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行連接。

5. 低功耗設(shè)計(jì)

AD7890采用單電源供電，正常模式下的功耗較低，典型值為30 mW，最大為50 mW。此外，它還具備掉電模式，典型功耗僅為75 μW，能夠有效降低系統(tǒng)的整體功耗。

二、AD7890的工作原理

1. 整體架構(gòu)

AD7890包含輸入多路復(fù)用器、片上跟蹤/保持放大器、高速12位ADC、2.5 V參考源和高速串行接口。它通過單5 V電源供電，能夠處理不同范圍的模擬輸入信號(hào)。

2. 多路復(fù)用器操作

多路復(fù)用器可獨(dú)立訪問，用戶可以根據(jù)需要在多路復(fù)用器和ADC之間添加抗混疊濾波器或信號(hào)調(diào)理電路。通過連接外部電容，用戶可以調(diào)整多路復(fù)用器的穩(wěn)定時(shí)間，以適應(yīng)濾波器或信號(hào)調(diào)理電路中的外部延遲。

3. 數(shù)據(jù)輸出

AD7890通過高速雙向串行接口端口提供輸出數(shù)據(jù)。片上控制寄存器允許通過串行端口控制通道選擇、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)和掉電操作。其靈活的高速邏輯確保了與微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器的串行端口輕松接口。

三、性能指標(biāo)

1. 動(dòng)態(tài)性能

在使用外部CONVST信號(hào)時(shí)，對(duì)于任何通道，信號(hào)與（噪聲 + 失真）比（SINAD）最小值為70 dB（fIN = 10 kHz正弦波，fSAMPLE = 100 kHz），總諧波失真（THD）最大值為 - 77 dB，峰值諧波或雜散噪聲最大值為 - 78 dB，二階互調(diào)失真典型值為 - 80 dB（fa = 9 kHz，fb = 9.5 kHz，fSAMPLE = 100 kHz），通道間隔離度（三階項(xiàng)）最大值為 - 80 dB（fIN = 1 kHz正弦波）。

2. 直流精度

分辨率為12位，相對(duì)精度最大為±1 LSB（A和S版本）或±0.5 LSB（B版本），差分非線性最大為±1 LSB，正滿量程誤差最大為±2.5 LSB，滿量程誤差匹配最大為2 LSB。

3. 模擬輸入

不同型號(hào)的AD7890具有不同的輸入電壓范圍和輸入電阻。例如，AD7890 - 10的輸入電壓范圍為±10 V，輸入電阻最小為20 kΩ；AD7890 - 4的輸入電壓范圍為0至4.096 V，輸入電阻最小為11 kΩ；AD7890 - 2的輸入電壓范圍為0至2.5 V，輸入電流最大為200 nA。

4. 參考輸出/輸入

參考輸入電壓范圍為2.375/2.625 V，輸入阻抗最小為1.6 kΩ，輸入電容最大為10 pF。參考輸出電壓標(biāo)稱值為2.5 V，25°C時(shí)的參考輸出誤差最大為±10 mV，參考輸出溫度系數(shù)典型值為±20 ppm/°C（A和S版本）或±25 ppm/°C（B版本），參考輸出阻抗標(biāo)稱值為2 kΩ。

5. 邏輯輸入/輸出

邏輯輸入高電壓最小值為2.4 V，低電壓最大值為0.8 V，輸入電流最大為±10 μA，輸入電容最大為10 pF。邏輯輸出高電壓最小值為4.0 V（ISOURCE = 200 μA），低電壓最大值為0.4 V（ISINK = 1.6 mA）。

6. 轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為5.9 μs（fCLK IN = 2.5 MHz，MUX OUT連接到SHA IN），跟蹤/保持采集時(shí)間最大為2 μs。

7. 電源要求

電源電壓標(biāo)稱值為5 V，允許±5%的波動(dòng)。正常模式下的電流最大為10 mA，待機(jī)模式下的電流典型值為15 μA（25°C）。正常模式下的功耗最大為50 mW，典型值為30 mW；待機(jī)模式下的功耗典型值為75 μW（25°C）。

四、引腳配置和功能描述

1. 引腳配置

AD7890采用24引腳封裝，包括模擬地（AGND）、數(shù)字地（DGND）、電源（VDD）、時(shí)鐘輸入（CLK IN）、串行時(shí)鐘（SCLK）、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)（CONVST）等引腳。

2. 功能描述

• SMODE：控制輸入，決定器件工作在外部時(shí)鐘（從模式）還是自時(shí)鐘（主模式）串行模式。
• CEXT：外部電容引腳，用于確定內(nèi)部脈沖的長度。
• CONVST：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入，上升沿觸發(fā)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程。
• CLK IN：時(shí)鐘輸入，為轉(zhuǎn)換序列提供時(shí)鐘源。
• SCLK：串行時(shí)鐘輸入/輸出，用于加載串行數(shù)據(jù)到控制寄存器和從輸出寄存器訪問數(shù)據(jù)。
• TFS：發(fā)送幀同步脈沖，低電平有效。
• RFS：接收幀同步脈沖，在外部時(shí)鐘模式下為輸入，自時(shí)鐘模式下為輸出。
• DATA OUT：串行數(shù)據(jù)輸出，提供16位串行數(shù)據(jù)。
• DATA IN：串行數(shù)據(jù)輸入，用于加載數(shù)據(jù)到控制寄存器。
• MUX OUT：多路復(fù)用器輸出，輸出電壓范圍為0至2.5 V。
• SHA IN：跟蹤/保持輸入，輸入電壓范圍為0至2.5 V。
• VIN1 - VIN8：單端模擬輸入通道，不同型號(hào)的輸入電壓范圍不同。
• REF OUT/REF IN：電壓參考輸出/輸入，可使用內(nèi)部參考或外部參考源。

五、應(yīng)用與注意事項(xiàng)

1. 應(yīng)用場景

AD7890適用于各種需要多通道數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備等。其高速轉(zhuǎn)換和低功耗特性使其在這些領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。

2. 注意事項(xiàng)

• ESD防護(hù)：AD7890是靜電放電（ESD）敏感器件，在操作過程中需要采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，以避免性能下降或功能喪失。
• 電源穩(wěn)定性：為了確保AD7890的正常工作，需要提供穩(wěn)定的電源，電源電壓的波動(dòng)應(yīng)控制在±5%以內(nèi)。
• 抗混疊濾波器：在使用多路復(fù)用器和ADC之間的抗混疊濾波器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的濾波器參數(shù)，以確保信號(hào)的準(zhǔn)確性。

AD7890作為一款高性能的8通道12位串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有高速、低功耗、多通道等諸多優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用AD7890，以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。大家在使用AD7890的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。