ADS8684A 16 位多通道 SAR ADC 技术文档总结

ADS8684A和ADS8688A是基于16位逐次逼近（SAR）模数转换器（ADC）的4通道和8通道集成数据采集系统，工作吞吐量为500 kSPS。这些器件具有用于每个输入通道的集成模拟前端电路，具有高达±20 V的过压保护，具有自动和手动扫描模式的4通道或8通道多路复用器，以及具有低温漂移的片内4.096 V基准电压源。器件上的每个输入通道采用单 5V 模拟电源供电，可支持 ±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28V 和 ±0.64V 的真正双极性输入范围，以及 0 V 至 10.24 V、0 V 至 5.12 V、0 V 至 2.56 V 和 0 V 至 1.28 V 的单极性输入范围。所有输入范围的模拟前端增益都经过精确调整，以确保高直流精度。输入范围选择可通过软件编程，并且每个通道都独立。无论所选输入范围如何，这些器件都提供 1MΩ 恒定电阻输入阻抗。

ADS8684A和ADS8688A为数字主机提供简单的SPI兼容串行接口，还支持多个器件的菊花链连接。数字电源的工作电压范围为1.65 V至5.25 V，可直接连接各种主机控制器。
*附件：ads8684a.pdf

特性

• 集成模拟前端的16位ADC
• 4、8 通道多路复用器，具有自动和手动扫描功能
• 与通道无关的可编程输入：
  • ±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V、±0.64 V
  • 10.24 伏、5.12 伏、2.56 伏、1.28 伏
• 5V 模拟电源：1.65V 至 5V I/O 电源
• 恒定电阻输入阻抗：1 MΩ
• 输入过压保护：高达 ±20 V
• 片内4.096V基准电压源，具有低漂移
• 卓越的性能：
  • 500 kSPS 聚合吞吐量
  • DNL：±0.5 LSB;INL：±0.75 LSB
  • 增益误差和失调的低漂移
  • 信噪比：92 dB;总谐波扰：–102 dB
  • 低功耗：65 mW
• AUX 输入→直接连接到 ADC 输入
• ALARM →每个通道的高阈值和低阈值
• 带菊花链的SPI™兼容接口
• 工业温度范围：–40°C 至 125°C
• TSSOP-38 封装（9.7 mm × 4.4 mm）

参数

方框图

ADS8684A（4 通道）与 ADS8688A（8 通道）是德州仪器推出的超高精度数据采集系统，核心优势是 16 位超高分辨率、500 kSPS 采样率、卓越动态性能及工业级可靠性，集成可编程增益、过压保护与精准参考源，搭配 SPI 接口与菊花链功能，适用于电力自动化、高精度 PLC 模拟输入模块、高端工业数据采集等对精度要求严苛的场景。

一、核心性能与定位

• 通道与分辨率 ：ADS8684A 为 4 通道、ADS8688A 为 8 通道，均为单端输入；16 位 SAR ADC 无丢失码，DNL ±0.5 LSB、INL ±0.75 LSB，增益误差典型值 ±0.02% FSR，温度漂移低至 1 ppm/°C，直流精度达到高端工业级标准。
• 输入与动态性能 ：支持双极性（±0.64 V~±10.24 V）与单极性（0 V1.28 V0 V~10.24 V）输入范围，通道独立可编程；输入阻抗恒定 1 MΩ，过压保护达 ±20 V；1 kHz 输入时 SNR 92 dBFS、THD -102 dBc、SFDR 103 dBc，动态性能优异，微弱信号捕捉能力突出。
• 采样与功耗 ：总采样率 500 kSPS（多通道共享），单通道采样率随通道数分摊；工作功耗 65 mW，支持待机（STDBY）与掉电（PWR_DN）低功耗模式，掉电电流仅 3 μA，平衡超高精度与低功耗需求。
• 环境与供电 ：工作温度 -40°C125°C，满足工业级宽温要求；单模拟电源（AVDD=4.75 V5.25 V），数字电源（DVDD=1.65 V~5.25 V），供电灵活，兼容不同电平控制器。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

• 信号调理与保护：每通道集成 2 阶低通滤波器（-3 dB 带宽 15 kHz）、高精度可编程增益放大器（PGA），有效抑制高频噪声与混叠；内置 ±20 V 过压保护电路，无需外部保护器件，适应工业复杂恶劣环境。
• 参考源与辅助通道：内置 4.096 V 精准参考源（温度漂移 6 ppm/°C），支持外部参考输入；单路辅助通道（AUX_IN）直接连接 ADC，支持 0 V~4.096 V 输入，SNR 89 dBFS、THD -102 dBc，可用于超高精度校准或额外信号采集。
• 报警与灵活控制：支持每通道独立高低阈值报警，带 8 位可编程滞回（±1~±255 LSB），ALARM 引脚输出报警信号；支持自动扫描（AUTO_RST）与手动通道选择（MAN_Ch_n），可关闭未使用通道以优化功耗。
• 接口与扩展：SPI 兼容接口（最高 17 MHz SCLK），支持菊花链（DAISY）与星形拓扑，多芯片扩展便捷；SDO 输出格式可编程，可包含 16 位转换结果、通道地址、设备 ID 等信息，简化多通道数据区分与校验。

2. 工作模式

• 多通道扫描模式：自动扫描模式按预设序列循环采集选中通道，支持通道使能与断电配置；手动模式单次选中特定通道采集，适配按需超高精度采样场景。
• 低功耗模式：待机模式保留参考源，唤醒时间 20 μs；掉电模式关闭所有电路，唤醒时间 15 ms（内部参考），兼顾低功耗与快速响应。
• 校准与补偿：通道间增益匹配 ±0.02% FSR，可通过外部电阻匹配抵消源阻抗影响，进一步提升系统一致性；16 位分辨率使 LSB 最小可达 19.53125 μV（最小输入范围下），信号细分能力极强。
• 扩展模式：菊花链模式可串联多片设备，共享 SPI 总线，减少控制器接口占用；星形模式支持独立片选，灵活选择采集通道。

3. 封装与集成

• 封装规格：采用 38 引脚 TSSOP 封装（9.7 mm×4.4 mm），引脚布局紧凑，与同系列低分辨率产品兼容，便于设计升级；引脚含模拟地（AGND）、数字地（DGND）、参考地（REFGND），分开布线可有效降低串扰。
• 可靠性设计：ESD 防护达 ±4000 V（模拟引脚）/±2000 V（其他引脚），符合工业 ESD 标准；电源抑制比（PSRR）优异，搭配去耦电容可进一步降低电源噪声影响，保障超高精度采集稳定性。

三、典型应用场景

• 电力自动化：超高精度电压 / 电流采集、相位补偿与功率参数测量，适配 50 Hz/60 Hz 电力信号高精度分析；
• PLC 模拟输入模块：工业标准信号（020 mA、420 mA、±10 V）超高精度数字化，满足高端过程控制严苛精度要求；
• 工业数据采集：传感器信号（温度、压力、流量）高精度转换、多通道超高精度监控系统；
• 测试测量设备：低速率、超高精度模拟信号采集模块，如实验室精密仪器、医疗检测设备前端。

四、设计关键要点

1. 供电与去耦 ：AVDD 与 DVDD 需分别就近配置 1 μF 陶瓷电容 + 10 μF 电解电容去耦，参考源引脚（REFIO/REFCAP）需并联 10 μF~22 μF 电容，确保参考源稳定，避免影响 16 位精度发挥。
2. 输入接口：模拟输入建议串联 RC 低通滤波器（如 33 Ω 电阻 + 100 nF 电容），抑制高频噪声；单端输入需保证 AIN_nGND 与系统地等电位，避免地电位差引入误差，确保超高精度采集。
3. 布局规范：PCB 需严格划分模拟区与数字区，共享完整地平面；模拟信号线远离数字时钟与 SPI 线，参考源相关布线最短，减少电磁耦合对超高精度信号的干扰。
4. 时序与同步：SPI 时钟频率不超过 17 MHz，确保数据传输完整性；多通道采集时需考虑通道切换延迟，通过软件补偿相位差，尤其适用于电力信号高精度相位测量场景。

五、核心差异与选型

型号	通道数	核心差异	适用场景
ADS8684A	4	通道数少，功耗略低	小型高精度数据采集模块、空间受限场景
ADS8688A	8	通道数多，集成度更高	高精度 PLC 模拟输入、多通道高端监控系统