ads9810文件内容总结

该ADS9810是一个八通道数据采集（DAQ）系统，基于同步采样、18位逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器（ADC）。该ADS9813为每个通道提供完整的模拟前端 （AFE），并带有输入钳位。该器件还具有 1MΩ 输入阻抗和具有用户可选带宽选项的可编程增益放大器 （PGA）。高输入阻抗允许直接与传感器和变压器连接，从而消除了对外部驱动电路的需求。配置ADS9813以接受±12V、±10V、±7V、±5V、±3.5V和±2.5V双极性输入，输入共模电压高达±12V。

支持1.2V至1.8V工作的数字接口使ADS9813无需外部电压电平转换器即可使用。
*附件：ads9810.pdf

特性

• 8通道、18位ADC，带模拟前端：
  • 同时采样
  • 恒定的 1MΩ 输入阻抗前端
• 可编程模拟输入范围：
  • ±12V、±10V、±7V、±5V、±3.5V和±2.5V
  • 单端和差分输入
  • 共模电压范围：±12V
  • 输入过压保护：高达 ±18V
• 用户可选择的模拟输入带宽：
  • 22.7kHz 和 700kHz
• 集成低漂移精度基准：
  • ADC基准电压源：4.096V
  • 2.5V 基准输出，用于外部电路
• 全通量下的出色交流和直流性能：
  • DNL：±0.35LSB，INL：±0.8LSB
  • 信噪比：90.3dBFS，总谐波扰：–113dB
• 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

参数

方框图

一、产品基础信息与核心差异对比

ADS9810、ADS9811、ADS9813 同属 ADS981x 系列，核心架构均为 18 位 8 通道同步采样 ADC，共享集成模拟前端、宽输入范围等特性，主要差异集中在采样速率与功耗，具体参数对比如下：

参数分类	参数名称	ADS9810	ADS9811	ADS9813	系列共同特性
基础性能	最大采样速率	1MSPS / 通道	1MSPS / 通道	2MSPS / 通道	1. 18 位分辨率无失码，INL±0.8LSB（典型值）、DNL±0.35LSB（典型值），全温度范围（-40°C 至 125°C）INL 最大 ±4LSB2. 集成模拟前端：每通道含输入钳位（支持 ±18V 过压保护）、PGA（可编程增益）、低通滤波器（22.7kHz/700kHz 可选）3. 宽输入特性：支持 ±2.5V/±3.5V/±5V/±7V/±10V/±12V 双极性输入，共模电压范围 ±12V，输入阻抗恒定 1MΩ4. 低噪声性能：低带宽模式下 SNR 典型 90.3dBFS，THD 典型 - 113dBc，无杂散动态范围（SFDR）102dB5. 内置基准：4.096V ADC 基准（温度漂移 7-20ppm/°C）、2.5V 外部基准输出（REFOUT_2V5），支持内外基准切换6. 数字接口：支持 2 路 / 4 路 CMOS 输出，SDR/DDR 模式，数据随机化功能（降低地弹噪声）
基础性能	典型总功耗（满速）	177mW	177mW	244mW
电源与电流	AVDD_5V 电流（满速）	21.3-25mA	21.3-25mA	28.3-32mA
电源与电流	VDD_1V8 电流（满速）	35-43mA	35-43mA	52-70mA
信号处理	模拟输入带宽（-3dB）	低带宽 22.7kHz / 宽带宽 221-700kHz	低带宽 22.7kHz / 宽带宽 221-700kHz	低带宽 22.7kHz / 宽带宽 221-700kHz

二、关键功能特性详解

1. 模拟前端与输入特性

1.1 输入保护与范围配置

• 输入钳位保护 ：每通道集成钳位电路，可承受 ±18V 过压，过压时钳位电流≤±10mA，需串联电阻限制电流；支持 AC/DC 耦合，输入电压范围 - 17V 至 17V（工作）、-18V 至 18V（绝对最大）。
• 可编程输入范围 ：通过寄存器（0xC2/C3）独立配置每通道输入范围，支持 ±2.5V（LSB=19.07μV）至 ±12V（LSB=91.55μV），适配不同幅值信号采集。
• 共模电压控制 ：支持 ±1V/±RANGE/2/±6V/±12V 共模范围，通过 CM_CTRL_EN（0xC5 [4]）与 CM_RNG_CHx（0xC4 [9:6]）配置，满足宽共模场景需求。

1.2 信号调理模块

• 可编程增益放大器（PGA） ：集成 PGA 用于信号增益调节，配合输入范围配置实现不同幅值信号适配，增益精度高，增益误差最大 ±0.038% FSR，温度漂移最大 3ppm/°C。
• 低通滤波器（LPF） ：每通道含可配置 LPF，支持两种带宽模式：
  • 低带宽模式：固定 22.7kHz，适合低噪声高精度采集；
  • 宽带宽模式：随输入范围变化（±2.5V 时 221kHz 至 ±7V 时 700kHz），适合中高频信号采集。
• 输入阻抗特性 ：输入阻抗恒定 1MΩ，不受采样速率、输入范围影响，无需外部驱动电路，可直接连接传感器或变压器。

2. 数据处理与接口功能设计

2.1 数据平均与随机化

• 数据平均 ：支持两种平均模式，提升 SNR：
  • 简单平均：2 倍平均，输出速率降至 1/2（如 ADS9813 从 2MSPS 降至 1MSPS），SNR 提升至 113dB；
  • 移动平均：无输出速率损失，通过 EN_MVG_AVG（0x0D [0]）使能，适配需保持速率的场景。
• 数据随机化 ：通过 XOR_EN（0x12 [3]）使能，将 ADC 结果与 PRBS bit 或自身 LSB 异或，降低数字接口地弹噪声对模拟性能的干扰。

2.2 数字接口

• 接口模式 ：支持 2 路 / 4 路 CMOS 输出，SDR/DDR 数据速率，通过 DATA_LANES（0xC1 [9]）与 DATA_RATE（0xC1 [8]）配置：
  • 4 路 DDR：ADS9813 满速时 DCLK=48MHz，每通道数据分 4 路输出；
  • 2 路 DDR：ADS9813 满速时 DCLK=96MHz，每通道数据分 2 路输出；
  • 数据格式：18 位结果以 24 位数据包输出（MSB 优先，后 6 位补 0），支持二进制 / 二进制补码（DATA_FORMAT，0x0D [13]）。
• 同步功能 ：通过 SMPL_SYNC 引脚实现多器件同步采样，需在 SMPL_CLK 下降沿前后满足 10ns 建立 / 保持时间，确保多 ADC 通道对齐。

2.3 特殊工作模式

• 掉电模式 ：支持全局掉电（PD_CHIP，0xC4 [0]）与通道组掉电（PD_CH，0xC0 [1:0]），掉电时 AVDD_5V 电流降至 0.2-2mA，VDD_1V8 电流降至 0.2-8mA，降低功耗。
• 速升模式（Speed-Boost） ：仅 ADS9813 支持，选择 1 组通道对（如 CH1&CH8、CH2&CH7 等），采样速率提升至 8MSPS，其他通道闲置，适配高速率单组通道采集场景。

3. 基准与温度传感器

3.1 基准配置

• 内部基准 ：默认启用 4.096V 内部基准，REFIO 引脚输出，需外接 10μF 陶瓷去耦电容，基准电压范围 4.092V-4.1V，输出阻抗 1kΩ。
• 外部基准 ：通过 PD_REF（0xC1 [11]）禁用内部基准，REFIO 引脚接入 4.088V-4.104V 外部基准（推荐 REF7040），需同样外接 10μF 去耦电容，提升精度。
• 2.5V 基准输出 ：REFOUT_2V5 引脚提供 2.5V 基准，用于外部电路，需外接 10μF 去耦电容，温度漂移低，适配高精度外部调理电路。

3.2 温度传感器

• 集成 10 位温度传感器 ：用于监测器件内部温度，通过固定寄存器序列读取：
  1. 向 Bank2 的 0x92 寄存器写入 0x0002，加载温度数据；
  2. 读取相关寄存器获取温度值，转换公式为，测量范围覆盖工作温度区间。

三、电气规格详情（典型值，TA=25°C，AVDD_5V=5V，VDD_1V8=1.8V）

3.1 供电与电流特性

器件型号	AVDD_5V 电流（满速）	AVDD_5V 电流（掉电）	VDD_1V8 电流（满速）	VDD_1V8 电流（掉电）	IOVDD 电流（满速）	IOVDD 电流（掉电）
ADS9810	21.3-25mA	0.2-2mA	35-43mA	0.2-8mA	4-7mA	0.1-2mA
ADS9811	21.3-25mA	0.2-2mA	35-43mA	0.2-8mA	4-7mA	0.1-2mA
ADS9813	28.3-32mA	0.2-2mA	52-70mA	0.2-8mA	5-10mA	0.1-2mA

3.2 AC 性能指标（低带宽模式，fIN=2kHz，±12V 输入）

AC 性能参数	最小值	典型值	最大值	单位
信噪比（SNR）	88.1	90.3	-	dBFS
信号噪声失真比（SINAD）	88	90.2	-	dB
总谐波失真（THD）	-	-113	-	dBc
无杂散动态范围（SFDR）	-	102	-	dB
共模抑制比（CMRR）	-70	-	-	dB
通道隔离度（Crosstalk）	-100	-	-	dB
模拟输入带宽（-3dB）	-	22.7	-	kHz

3.3 数字接口电气特性

接口类型	参数名称	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	低电平输入电压（VIL）	-	-0.3	-	0.3×IOVDD	V
CMOS 输入（CS/SCLK/SDI）	高电平输入电压（VIH）	-	0.7×IOVDD	-	IOVDD	V
CMOS 输出（D0-D3/SDO）	低电平输出电压（VOL）	IOL=200μA	0	0.2×IOVDD	-	V
CMOS 输出（D0-D3/SDO）	高电平输出电压（VOH）	IOH=200μA	0.8×IOVDD	IOVDD	-	V
采样时钟输入	差分高电平（VTH）	AC 耦合	100	-	-	mV
采样时钟输入	差分低电平（VTL）	AC 耦合	-	-	-100	mV
采样时钟输入	共模电压（VICM）	-	0.5	1.2	1.4	V

四、寄存器配置体系

器件包含 3 个寄存器组（Bank 0/1/2），核心寄存器功能分类如下：

4.1 Bank 0：基础配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x00	复位与 SPI 模式寄存器	器件复位、SPI 模式选择	- RESET（bit0）：1b 时复位所有寄存器- SPI_MODE（bit2）：0b 菊花链模式，1b 传统模式- SPI_RD_EN（bit1）：1b 使能寄存器读（仅传统模式）
0x01	菊花链长度寄存器	配置 SPI 菊花链设备数量	- DAISY_CHAIN_LEN（bit6-2）：0=1 个 ADC，31=32 个 ADC
0x03	寄存器组选择寄存器	选择待操作寄存器组	- REG_BANK_SEL（bit7-0）：0=Bank0，2=Bank1，16=Bank2
0x04	初始化配置寄存器	器件初始化控制	- INIT_1（bit3-0）：初始化写 0011b，正常运行写 0000b

4.2 Bank 1：功能配置寄存器

寄存器地址	寄存器名称	核心功能	关键字段说明
0x0D	数据格式与平均控制寄存器	数据格式、平均使能	- DATA_FORMAT（bit13）：0 = 二进制，1 = 二进制补码- EN_AVG（bit6）：1b 使能数据平均- EN_MVG_AVG（bit0）：1b 使能移动平均
0x12	数据随机化控制寄存器	数据异或使能与模式	- XOR_EN（bit3）：1b 使能数据异或- XOR_PRBS（bit4）：0 = 与 PRBS 异或，1 = 与自身 LSB 异或
0xC0	带宽与通道掉电寄存器	输入带宽、通道掉电	- ANA_BW（bit9-2）：0 = 低带宽，1 = 宽带宽（每 bit 对应 1 个通道）- PD_CH（bit1-0）：0 = 正常，1=CH5-8 掉电，2=CH1-4 掉电，3 = 全掉电
0xC1	基准与接口配置寄存器	基准选择、接口模式	- PD_REF（bit11）：1b 禁用内部基准- DATA_LANES（bit9）：0=4 路输出，1=2 路输出- DATA_RATE（bit8）：0=DDR，1=SDR
0xC2/C3	输入范围配置寄存器	每通道输入范围	- RANGE_CHx（bit15-12/11-8 等）：0=±5V，1=±3.5V，2=±2.5V，3=±7V，4=±10V，5=±12V
0xC4	共模与平均配置寄存器	共模范围、平均参数	- CM_CTRL_EN（bit4）：1b 使能自定义共模范围- CM_RNG_CHx（bit9-8/7-6）：0=±RANGE/2，1=±6V，2=±12V- AVG_CFG1/2（bit1/5-4）：配置简单平均参数
0x37	速升模式控制寄存器	速升模式使能与通道选择	- EN_BOOST（bit0）：1b 使能速升模式- BOOST_CH_SEL（bit2-1）：选择通道对（0=CH1&CH8，1=CH2&CH7 等）

五、应用设计与布局建议

5.1 典型应用场景

该系列 ADC 主要面向多通道高精度数据采集，具体场景包括：

• 半导体测试设备 ：多通道电压 / 电流测量，需宽输入范围与高线性度；
• 参数测量单元（PMU） ：Force-Voltage/Current 模式下的高精度采样，支持多路 DUT（被测器件）并行测试；
• 可编程直流电源 ：多通道输出电压 / 电流监测，需低噪声与高稳定性。

5.1.1 PMU 应用方案

• 电路结构 ：PMU 输出经分流电阻转换为电压信号，通过多路复用器（MUX）切换至 ADC 输入，ADC 每通道独立配置输入范围（如 ±5V 用于电流采样，±12V 用于电压采样），采用低带宽模式提升 SNR；FPGA 接收 ADC 数据并实现校准算法，补偿 offset 与 gain 误差。
• 关键参数 ：校准后总未调整误差（TUE）<0.0015%（25°C±5°C），宽带宽模式下阶跃建立时间 7.5μs（99.95% FS），适配快速通道切换需求。

5.2 电源与布局设计要点

5.2.1 电源配置

• 供电体系 ：需三路独立电源，模拟电源（AVDD_5V）4.75-5.25V，为模拟前端供电；核心数字电源（VDD_1V8）1.75-1.85V，为 ADC 核心与数字逻辑供电；接口电源（IOVDD）1.15-1.85V，为数字接口供电，无上电顺序要求。
• 去耦配置 ：AVDD_5V、VDD_1V8、IOVDD 引脚均需并联 1μF+0.1μF 陶瓷电容，且靠近引脚布局；REFIO 与 REFOUT_2V5 引脚分别外接 10μF 去耦电容，降低基准噪声。

5.2.2 PCB 布局准则

• 分区布局 ：将模拟部分（AINxP/AINxM、REFIO、REFOUT_2V5）与数字部分（D0-D3、DCLKOUT、SPI 接口）严格分区，模拟信号路径避免穿越数字区域，减少 EMI 干扰。
• 输入布线 ：模拟输入差分对（AINxP/AINxM）需等长布线，长度差≤5mil，远离电源噪声源；输入串联电阻（如 50Ω）限制过压电流，配合电容构成抗混叠滤波器。
• 接地处理 ：暴露热焊盘（Thermal Pad）必须接地，GND 与 REFM 单点连接，采用独立接地平面；电源平面与接地平面紧密耦合，降低电源噪声。

六、封装与订购信息

6.1 封装规格

• 封装类型 ：56 引脚 VQFN（型号 RSH），尺寸 7mm×7mm，引脚间距 0.5mm，最大高度 1mm，暴露热焊盘（面积约 5.2mm×5.2mm）用于散热，热阻参数：RθJA=23.2°C/W，RθJB=6.1°C/W。
• 焊接要求 ：MSL 等级 3（260°C 峰值回流，168 小时湿敏存储），推荐焊盘直径 0.4mm，钢网厚度 0.125mm，热焊盘焊接覆盖率≥70%，确保散热效率。