ADS85x8 系列 8 通道同步采样 ADC 技术文档总结

ADS85x8 包含八个低功耗、12位、14位或16位的连续近似寄存器（SAR）转换器，具有真正的双极输入。这些信道分为四对，从而实现最高650 kSPS的同时高速信号采集。

设备支持可选的并行或串行接口，并具备菊花链功能。可编程参考系统允许处理振幅高达±12 V的模拟输入信号。

ADS85x8系列支持自动睡眠模式以实现最小功耗，并提供64针VQFN和LQFP两种封装。整个家族的温度范围为-40°C至+125°C。
*附件：ads8528.pdf

特性

• 12位、14位和16位的引脚和软件兼容ADC家族
• 每信道最大数据速率：
  • ADS8528：650千每秒（PAR）或
    480千每秒（SER）
  • ADS8548：600千每秒（PAR）或
    450千每秒（比分）
  • ADS8568：510千每秒（PAR）或
    400千千每秒（比分）
• 卓越的交流表现：
  • 信噪比：
    ADS8528：73.9 dB，ADS8548：85 dB，ADS8568：91.5 dB
  • 总谐波失真：
    ADS8528：–89 dB，ADS8548：–91 dB，ADS8568：–94 dB
• 可编程缓冲内部参考：
  0.5 V–2.5 V 或 0.5 V–3.0 V 支持最高±12 V的输入电压范围
• 可选并行或串行接口
• 使用自动睡眠模式实现可扩展低功耗作：仅32毫瓦，转速10千每秒
• 在扩展工业温度范围内完全指定

参数

方框图

ADS85x8 系列是德州仪器（TI）推出的 12/14/16 位 8 通道同步采样 ADC 家族，包含 ADS8528（12 位）、ADS8548（14 位）、ADS8568（16 位）三款引脚与软件兼容产品，支持并行 / 串行接口切换，具备可编程参考电压与低功耗自动休眠模式，专为工业数据采集、电力质量监测、多轴电机控制等场景设计。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 文档与型号 ：文档编号 SBAS543C，2011 年 8 月发布、2016 年 2 月修订，三款产品引脚与软件完全兼容，仅分辨率和性能指标有差异。
• 供电与温度 ：模拟电源（AVDD）4.5V-5.5V，数字电源（DVDD）2.7V-5.5V，高压输入电源（HVDD/HVSS）±5V-±16.5V；工作温度 - 40°C 至 125°C，存储温度 - 65°C 至 150°C。
• 封装与散热 ：提供 64 引脚 VQFN（9mm×9mm）和 LQFP（10mm×10mm）两种封装，VQFN 封装结到环境热阻 22°C/W，LQFP 封装 48.5°C/W，底部热焊盘需焊接至 PCB 接地平面。

2. 核心性能指标

• 分辨率与采样率 ：ADS8528（12 位）并行接口 650 kSPS、串行 480 kSPS；ADS8548（14 位）并行 600 kSPS、串行 450 kSPS；ADS8568（16 位）并行 510 kSPS、串行 400 kSPS。
• AC 性能 ：ADS8528 SNR 73.9 dB、THD -89 dB；ADS8548 SNR 85 dB、THD -91 dB；ADS8568 SNR 91.5 dB、THD -94 dB，通道间隔离度 120 dB，保证多通道同步采集精度。
• 参考与输入特性 ：内置 2.5V/3.0V 可编程参考电压（10 位 DAC 调节，步长 2.44mV/2.93mV），支持外部参考输入（0.5V-3.025V）；输入电压范围 ±2VREF/±4VREF，最大支持 ±12V 输入，输入电容 10pF（±4VREF 模式）/20pF（±2VREF 模式）。
• 功耗优化 ：最大采样率下功耗 259.7mW-430.1mW（因型号而异），自动休眠模式下 10 kSPS 采样率仅 32 mW；支持单通道 / 全芯片掉电，掉电功耗低至 0.03 mW。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• 8 通道同步采样架构 ：
  • 8 个 SAR 架构 ADC 分为 4 组通道对（CH_A0/A1~CH_D0/D1），每组支持独立同步采样，通道对间可异步触发，保留信号相位关系。
  • 采样触发由 CONVST_A~CONVST_D 引脚独立控制，A 通道对为 master 通道，需运行在最高采样率，确保数据输出时序一致性。
• 灵活接口与扩展 ：
  • 支持并行（16 位）或串行接口切换，串行接口支持 1/2/4 路 SDO 输出，支持菊花链级联扩展通道数。
  • 数据格式为二进制补码，12/14 位产品输出时自动进行符号扩展，适配 16 位数据总线。
• 参考与功耗控制 ：
  • 内置参考缓冲器，支持外部参考输入，参考引脚需并联 10μF decoupling 电容；10 位 REFDAC 可精细调节参考电压，适配不同输入范围需求。
  • 支持自动休眠（ASLEEP 引脚）、通道对单独掉电、全芯片待机（STBY 引脚）三种低功耗模式，休眠模式唤醒时间仅 7 个时钟周期。

2. 工作原理

• 模拟信号经 8 路输入通道同步采样后，由 SAR ADC 转换为数字信号，通过并行或串行接口输出；采样触发、输入范围、参考电压等参数可通过硬件引脚或配置寄存器设置。
• 同步采样确保 8 通道信号相位无偏差，适用于多通道相位敏感测量场景；自动休眠模式在采样间隔内关闭部分电路，降低低采样率下的功耗。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 电力质量监测 ：同步采集 3 相电压、3 相电流及中性线信号，支持谐波分析与功率计算，高 SNR 保证微弱信号检测精度。
• 工业数据采集 ：适配 PLC、保护继电器等设备，8 通道同步采样满足多传感器数据同步获取需求。
• 多轴电机控制 ：同步采集多轴电流、位置传感器信号，低延迟特性保障控制算法实时响应。

2. 设计注意事项

• 电源与接地 ：模拟地（AGND）与数字地（DGND）共地，各电源引脚就近并联 0.1μF 陶瓷电容，HVDD/HVSS 需额外并联 10μF 电解电容；AVDD 建议使用线性稳压器供电，降低电源噪声。
• 输入匹配 ：模拟输入需 AC 耦合，源阻抗需满足采样电容充电要求（±4VREF 模式最大 2.7kΩ），高频场景建议使用运算放大器缓冲。
• 参考电路设计 ：内置参考模式下，REFIO 引脚需并联 100nF-470nF 电容；外部参考模式需保证参考源噪声低、输出阻抗小，参考缓冲器使能需通过硬件引脚或寄存器配置。
• ESD 防护 ：芯片 ESD 额定值为人体放电模型（HBM）±2500 V、带电器件模型（CDM）±500 V，存储和操作时需采取防静电措施。

四、关键配置与操作要点

1. 核心功能配置

• 输入范围配置 ：通过 RANGE 引脚（硬件模式）或配置寄存器 RANGE_A~RANGE_D 位（软件模式）选择 ±2VREF 或 ±4VREF，配合 2.5V 参考时对应 ±5V/±10V 输入。
• 接口与数据输出 ：
  • 并行模式：16 位数据总线，最高采样率高于串行模式，需占用更多 IO 引脚。
  • 串行模式：支持 1/2/4 路 SDO 输出，可通过 SEL_B/SEL_CD 引脚选择输出通道组合，菊花链模式支持多芯片级联。
• 参考电压配置 ：通过 VREF 位选择 2.5V 或 3.0V 内置参考，REFDAC [9:0] 位可精细调节参考电压，范围 0.5V 至满量程。
• 功耗管理 ：ASLEEP 引脚置高启用自动休眠模式，低采样率下降低功耗；通过 PD_B~PD_D 位可关闭闲置通道对，进一步节省功耗。

2. 操作流程

• 上电序列 ：无严格供电顺序要求，但建议先通 AVDD 再通 HVDD，避免 ESD 结构导通；上电后需等待参考电压稳定（约 10ms）再启动采样。
• 采样触发 ：通过 CONVST_A~CONVST_D 引脚触发对应通道对采样，A 通道对触发会重置输出时序，确保数据输出从 A0 通道开始。
• 寄存器配置 ：软件模式下通过并行或串行接口写入 32 位配置寄存器，设置输入范围、参考模式、功耗模式等，配置后需等待 1 个转换周期生效。