ADS9110 18 位 2-MSPS 高精度模数转换器（ADC）技术文档总结

该ADS9110是一款18位、2MSPS、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，以提高动态范围和测量精度。该ADS9120是该ADS9110的引脚兼容、16位、2.5MSPS变体。

该ADS9110使用 TI 增强的 SPI 功能，提高了模拟性能，同时保持了高分辨率数据传输。增强的SPI使ADS9110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：ads9110.pdf

增强型SPI还简化了主机数据的打卡，从而使该器件成为涉及FPGA和DSP的应用的理想选择。该ADS9110与标准 SPI 接口兼容。该ADS9110具有内部数据奇偶校验功能，可附加到ADC数据输出中。主机使用奇偶校验位进行ADC数据验证，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4mm×4mmVQFN封装。

特性

• 采样率：2 MSPS
• 无延迟输出
• 优异的直流和交流性能：
  • INL：±0.5 LSB
  • DNL：±0.75 LSB
  • 信噪比：100 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 MSPS 时为 9 mW（仅限 AVDD）
  • 2 MSPS 时为 15 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

ADS9110 是德州仪器推出的高分辨率、低功耗逐次逼近型（SAR）模数转换器，核心优势是 18 位无失码分辨率、优异的直流精度与频谱性能，支持灵活的多 SPI 接口协议及低功耗模式，适用于工业数据采集、精密测量、医疗设备等对精度和功耗要求均衡的场景。

一、核心性能与定位

• 精度与分辨率 ：18 位无失码分辨率，积分非线性（INL）最大 ±1.85 LSB，微分非线性（DNL）最大 ±0.75 LSB；输入失调误差 ±1 mV，增益误差 ±0.01% FS，温漂系数低（失调 1 μV/°C、增益 0.25 ppm/°C），直流性能优异。
• 频谱与输入特性 ：2 kHz 输入时 SINAD 达 99.9 dB、SFDR 达 123 dBc、THD 低至 - 118 dB；支持单端 / 差分输入，满量程范围 ±VREF（VREF 为 2.5V~5V），共模电压范围适配参考电压中点，输入带宽适配 2 MSPS 采样率。
• 速率与功耗 ：最高采样率 2 MSPS，连续工作模式功耗仅 9 mW（1.8V 供电）；支持 NAP（500 μA）和 PD（1 μA）低功耗模式，适配低吞吐量场景节能需求。
• 环境适应性 ：工作温度 - 40℃125℃，抗静电性能达 HBM±2000V、CDM±500V；模拟 / 数字电源均为 1.65V1.95V，供电兼容性强。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 内置采样保持电路，输入电容典型值 60 pF，支持高速信号采集；需外部参考电压（2.5V~5V），参考电流低至 1.25 mA，适配高精度参考源。
• 多 SPI 接口支持单 / 双 / 四通道数据输出，兼容标准 SPI、源同步协议及 DDR 传输，SCLK 频率最高 100 MHz，数据传输灵活高效；支持菊花链和星形拓扑，适配多器件组网。
• 内置奇偶校验功能，可配置数据位宽与输出模式，支持转换结果、寄存器数据及测试模式输出，适配不同系统校验需求。

2. 工作模式

• 连续转换模式：2 MSPS 满速率采样，适用于实时数据采集场景。
• 低功耗模式：NAP 模式在采集阶段降低功耗，唤醒时间 300 ns；PD 模式深度掉电，唤醒时间 250 μs，兼顾节能与响应速度。
• 配置模式：通过 4 个寄存器实现接口协议、功耗模式、数据格式等参数配置，支持寄存器读写与命令操作。

3. 封装与引脚

• 采用 24 引脚 4mm×4mm VQFN 封装，含热焊盘（需接地优化散热）；引脚包括差分模拟输入（AINP/AINM）、参考电压输入（REFP/REFM）、SPI 通信引脚（SCLK/SDI/SDO-x）及控制引脚（CONVST/CS/RST）。
• 模拟与数字电源分离（AVDD/DVDD），减少电源噪声耦合；闲置引脚需悬空，避免额外干扰。

三、编程与配置

• 寄存器控制 ：4 个核心配置寄存器（PD_CNTL、SDI_CNTL、SDO_CNTL、DATA_CNTL），支持低功耗模式使能、接口协议选择、数据格式配置等；命令支持 NOP、RD_REG、WR_REG，通过 20 位数据帧传输。
• 数据格式 ：输出 18 位二进制补码，可附加奇偶校验位；支持固定数据模式输出（全 0、全 1、交替码等），便于系统自检。
• 接口特性 ：支持 4 种标准 SPI 协议、源同步协议（内部 / 外部时钟），数据输出宽度可配置（1/2/4 通道），支持 DDR 传输提升速率，适配不同控制器接口需求。

四、典型应用场景

• 工业自动化：PLC 模拟量采集、过程控制传感器信号转换；
• 精密测量：万用表、数据采集卡、应变片 / 热电偶信号调理；
• 医疗设备：生理信号检测（如心电、血压监测）、医疗仪器数据转换；
• 其他：低功耗便携设备、电池供电的高精度测量模块。

五、设计关键要点

1. 电源与去耦 ：模拟电源（AVDD）和数字电源（DVDD）需分别就近配置 1 μF 陶瓷去耦电容，避免电源噪声串扰；参考电压引脚需并联 10 μF X7R 电容 + 1 kΩ 滤波电阻，降低参考噪声。
2. 信号接口：模拟输入建议串联 10 Ω 电阻 + 900 pF C0G/NPO 电容组成抗混叠滤波，差分输入走线长度匹配；输入信号需保持在共模电压范围内，避免超出绝对额定值。
3. 布局规范：分离模拟与数字电路区域，采用完整接地平面；热焊盘可靠接地提升散热；SPI 信号线远离模拟输入路径，减少数字噪声耦合。
4. 低功耗优化：低吞吐量场景启用 NAP/PD 模式，通过寄存器配置使能；多器件组网优先选择星形拓扑，避免菊花链降低系统吞吐量。