ADS9120 16 位高速低功耗 SAR ADC 核心信息总结

ADS9120是一个 16 位、2.5 MSPS、逐次逼近寄存器（SAR） 模数转换器 （ADC），具有增强的性能特性。高吞吐量使开发人员能够对输入信号进行过采样，以提高动态范围和精度 测量。 该ADS9110是引脚兼容的 18 位 2MSPS 变体ADS9120的。

该ADS9120提高了模拟性能，同时使用 TI 的增强型 SPI 保持高分辨率数据传输 特征。 增强的SPI使ADS9120能够在较低的时钟速度下实现高吞吐量，从而简化电路板布局并降低系统成本。
*附件：ads9120.pdf

增强型 SPI 还简化了主机数据的打卡，从而使器件非常适合涉及 FPGA 和 DSP 的应用。该ADS9120与标准 SPI 接口兼容。 这 ADS9120具有内部数据奇偶校验功能，可以附加到ADC数据输出中。主机使用奇偶校验位进行ADC数据验证，从而提高了系统可靠性。

该器件支持符合 JESD8-7A 标准的 I/O、扩展的工业温度范围、并采用节省空间的 4 mm × 4 mm VQFN 封装。

特性

• 采样率：2.5 MSPS
• 无延迟输出
• 优异的直流和交流性能：
  • INL：±0.25 LSB
  • DNL：±0.6 LSB
  • 信噪比：96 dB，总谐波扰：–118 dB
• 宽输入范围：
  • 单极差分输入范围：±V裁判
  • V裁判输入范围：2.5 V 至 5 V，独立于 AVDD
• 低功耗：
  • 2.5 MSPS 时为 9 mW（仅限 AVDD）
  • 2.5 MSPS 时为 15.5 mW（总计）
  • 灵活的低功耗模式支持功耗扩展和吞吐量
• 增强型SPI（multiSPI™）数字接口
• 符合JESD8-7A标准的1.8V DVDD数字I/O
• 在扩展温度范围内完全额定：–40°C 至 +125°C
• 小尺寸：4 mm × 4 mm VQFN

参数

方框图

ADS9120 是德州仪器推出的 16 位高速 SAR ADC，采样速率达 2.5 MSPS，零数据延迟，集成增强型 SPI（multiSPI™）接口，兼具低功耗、高精度与小尺寸特性，封装为 4 mm×4 mm VQFN，适配测试测量、电机控制、医疗成像、工业高精度高速数据采集等场景。

一、核心特性与关键参数

1. 基础性能

• 分辨率与采样速率：16 位无丢失码分辨率，最高采样速率 2.5 MSPS，支持超采样以提升动态范围与测量精度。
• 精度表现：积分非线性（INL）±0.25 LSB（典型值）、最大 ±0.7 LSB（-40°C-125°C）；差分非线性（DNL）±0.25 LSB（典型值）、最大 ±0.7 LSB；失调误差典型值 ±0.025 mV，失调温漂 1 μV/°C；增益误差典型值 ±0.01% FS，增益温漂 0.25 ppm/°C，精度出色。
• 输入配置：单极性全差分输入，输入范围 ±V_REF（V_REF 为 2.5 V-5 V，独立于 AVDD）；共模电压固定为 V_REF/2 ±0.1 V，采样电容 60 pF（采样模式）/4 pF（保持模式）。

2. 核心功能

• 动态性能：2 kHz 输入时 SNR 典型值 96 dB，THD 典型值 - 118 dB，无杂散动态范围（SFDR）≥120 dB，转换噪声 0.35 LSB，信号采集质量优异。
• 接口与防护：增强型 SPI 接口支持单 / 双 / 四通道 SDO 输出及 DDR 模式，2.5 MSPS 时标准 SPI 需 200 MHz SCLK，增强型 SPI 仅需 45 MHz，简化板级设计；兼容 JESD8-7A 标准 1.8 V 数字 I/O，ESD 防护达 ±2000 V（人体模型）、±500 V（器件充电模型），共模抑制比（CMRR）80 dB（dc-20 kHz）。
• 数据校验：支持可编程奇偶校验功能，可选择对 4/8/12/16 MSB 计算偶校验，提升数据传输可靠性。

3. 功耗与可靠性

• 功耗特性：2.5 MSPS 采样率下总功耗仅 15.5 mW（AVDD 单独供电时 9 mW），支持休眠（NAP）和掉电（PD）低功耗模式，NAP 模式电流 500 μA，PD 模式电流 1 μA，功耗随吞吐量灵活缩放。
• 工作条件：模拟供电（AVDD）1.65 V-1.95 V，数字供电（DVDD）1.65 V-1.95 V；工作温度 - 40°C 至 + 125°C，适应恶劣工业环境。
• 封装规格：24 引脚 VQFN 封装，尺寸 4 mm×4 mm，暴露热焊盘建议接地，散热性能良好。

二、产品型号关联

ADS9120 与 ADS9110 引脚兼容，后者为 18 位分辨率、2 MSPS 采样速率的升级型号，可根据精度与速率需求灵活选型。

三、应用场景

适用于测试测量设备、电机控制系统、医疗成像设备、工业高精度高速数据采集模块等，尤其适配对功耗、尺寸、精度与速率均有严格要求的场景。

四、设计与使用建议

1. 电源与参考

• 电源设计：AVDD 与 DVDD 需独立供电，各自就近放置 1 μF 陶瓷去耦电容，避免数字与模拟电源串扰；模拟地与数字地单点连接，降低地环路干扰。
• 参考配置：支持 2.5 V-5 V 外部参考，参考输入电流典型值 1.3 mA；建议使用低噪声精密电压基准（如 REF5045），并添加 RC 滤波（推荐 1 kΩ 电阻 + 1 μF 电容），减少基准噪声影响。

2. 输入与校准

• 输入保护：模拟输入电压不得超过 - 0.3 V 至 V_REF+0.3 V，建议添加电荷回馈滤波器（RC 电路），电容选用 C0G/NPO 材质（容量≥900 pF），串联电阻≤10 Ω，平衡稳定性与失真性能。
• 校准与配置：支持内部测试信号校准，可通过寄存器设置固定数据模式（全 0、全 1、5555h、3333h）；提供 4 个配置寄存器，可灵活设置低功耗模式、SPI 协议、数据总线宽度、奇偶校验等参数。

3. 接口与时序

• SPI 通信：支持 SPI-00/01/10/11 四种协议，数据读取支持标准 SPI、宽总线 SPI（双 / 四通道）、源同步协议，适配不同传输速率需求；多器件可通过菊花链或星形拓扑级联，扩展通道数。
• 时序要求：采样周期最小 400 ns，采集时间 100 ns，转换时间 270 ns-290 ns；SCLK 占空比需在 45%-55% 之间，确保数据稳定传输。

五、封装与订购信息

• 封装规格：24 引脚 VQFN（RGE 封装），尺寸 4 mm×4 mm，热焊盘需接地以优化散热与机械性能。
• 订购型号：批量供应型号如 ADS9120IRGER（3000 个 / 卷）、ADS9120IRGET（250 个 / 卷），符合 RoHS 标准，MSL 等级 1（无限制）/2（1 年），峰值回流温度 260°C，引脚镀层为 NIPDAU。

六、关键设计要点

• 布局规范：PCB 需划分模拟区与数字区，模拟信号与数字信号反向布线，避免干扰；AVDD/DVDD 去耦电容距引脚不超过 20 mil，无过孔；参考引脚（REFP/REFM）需并联 3 个 10 μF X7R 电容，就近接地。
• 功耗优化：低吞吐量场景可启用 NAP 模式（ACQ 状态降功耗）或 PD 模式（深度掉电），根据实际采样速率动态调整功耗，平衡性能与能耗。
• 前端设计：选择高带宽、低噪声、低失真运放（如 OPA625、THS4551）作为输入驱动，运放单位增益带宽需≥4 倍滤波器截止频率，确保信号 settling 时间满足要求。