Texas Instruments ADS981x系列8通道数据采集系统技术解析

特性

8通道18位ADC，带模拟前端
- 双路同步采样：4 × 1通道
- 恒定1MΩ输入阻抗前端
可编程模拟输入范围
- ±12 V、±10 V、±7 V、±5 V、±3.5 V和±2.5 V
- 单端和差分输入
- ±12 V 共模电压范围
- 输入过压保护：高达±18V
用户可选的模拟输入带宽
- 21 kHz 和 400 kHz
集成低漂移精密基准
- ADC基准：4.096V
- 外部电路参考输出：2.5V
在全吞吐量运行下具有卓越的AC和DC性能
- DNL：±0.3LSB，INL：±1.5LSB
- SNR： 92.2dB，THD：–112dB
电源
- 模拟和数字：5V和1.8V
- 数字接口：1.2V至1.8V
温度范围：-40°C至+125 °C

功能框图

数据采集

Texas Instruments ADS981x系列8通道数据采集系统技术解析

一、产品概述

Texas Instruments推出的‌ADS9815/ADS9817‌是集成模拟前端(AFE)的18位高精度数据采集(DAQ)系统，具有以下核心特性：

‌8通道同步采样‌：双ADC架构实现4×2通道同步采样
‌超高精度‌：18位分辨率，DNL±0.5LSB，INL±0.8LSB
‌灵活输入范围‌：支持±2.5V至±12V共6种可编程输入范围
‌双带宽模式‌：21kHz低噪声模式或400kHz宽带宽模式可选
‌集成精密基准‌：4.096V ADC基准+2.5V外部参考输出

二、关键技术创新

1. 模拟前端架构

采用‌1MΩ恒定输入阻抗‌设计，集成：

输入钳位保护电路（耐受±18V过压）
可编程增益放大器(PGA)
用户可选低通滤波器
宽共模电压抑制电路(±12V CM范围)

2. 双ADC同步采样

双18位SAR ADC架构
通道分组：
- ADC A：通道1-4
- ADC B：通道5-8
同步采样抖动仅36fs

3. 智能电源管理

多电源域设计：
- 5V模拟供电(AVDD_5V)
- 1.8V核心供电(VDD_1V8)
- 1.2-1.8V接口供电(IOVDD)
功耗优化：
- ADS9817(2MSPS)：232mW
- ADS9815(1MSPS)：165mW

三、寄存器配置指南

关键寄存器组

‌ 通道配置寄存器(R0xC2/R0xC3) ‌：
- RANGE_CHx[3:0]：设置各通道输入范围
  - 0000b: ±5V
  - 0101b: ±12V
‌ 带宽控制寄存器(R0xC0) ‌：
- ANA_BW[7:0]：通道带宽选择
  - 0: 21kHz低噪声
  - 1: 400kHz宽带宽
‌ 数据接口寄存器(R0xC1) ‌：
- DATA_LANES：0=4通道,1=2通道
- DATA_RATE：0=DDR,1=SDR

典型配置流程

上电后执行初始化序列(见表6-10)
设置通道1-4为±10V范围：
- R0xC2 = 0x4000
配置通道5-8为±5V宽带宽：
- R0xC3 = 0x0000
- R0xC0 |= 0x00F0
启用4-lane DDR接口：
- R0xC1 = 0x0000

四、PCB设计要点

1. 电源处理

每电源引脚就近布置：
- 0.1μF陶瓷电容(0402)
- 1μF+10μF钽电容
电源隔离：
- 模拟与数字电源间加10Ω磁珠

2. 信号布线

差分对长度匹配：±50μm
模拟输入走线：
- 优先使用Rogers 4350B板材
- 最大长度<5mm(防止高频衰减)
热焊盘设计：
- 7×7mm 2oz铜面积
- 最小9个0.3mm过孔

五、性能实测数据

动态性能(2kHz输入)

参数	低噪声模式	宽带宽模式
SNR	92dB	85dB
THD	-113dB	-113dB
SINAD	91dB	84dB

温度稳定性

增益误差漂移：3ppm/°C(max)
基准温漂：25ppm/°C(max)

六、选型建议

应用场景	推荐型号	关键配置
高速测试设备	ADS9817	2MSPS+宽带宽模式
精密测量仪器	ADS9815	1MSPS+低噪声模式
多设备同步系统	ADS981x系列	启用SYNC引脚同步

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