ADS7947超低功耗双通道 SAR ADC 总结

ADS7947、ADS7948和ADS7949分别是引脚兼容的12位、10位和8位、2MSPS的模数转换器（ADC）。这些设备以2MSPS采样率运行，标准16时钟数据帧。此外，ADS7947（12位）可运行2.1 MSPS，ADS7948（10位）2.57 MSPS，ADS7949（8位）3 MSPS，短数据帧优化为足够转换的时钟数且性能不下降。这些设备具备卓越的直流精度和出色的动态性能。该系列引脚兼容器件包括双通道输入多路复用器和低功耗逐次逼近寄存器（SAR）ADC。
*附件：ads7947.pdf

ADS7947、ADS7948和ADS7949支持宽广的模拟电源范围，支持最高5V的全量量输入范围。简单的SPI数字接口，数字电源可低至1.65 V，便于与多种数字控制器接口。在较低速度运行时可启用自动断电，以显著降低功耗。

该封装采用3毫米×3毫米WQFN封装，其ADS7947、ADS7948和ADS7949在–40°C至+125°C的扩展温度范围内实现完整规格，适用于高性能、低功耗和小型体积所需的各种数据采集应用。

特性

• 采样率：2 MSPS
• 针脚兼容家族：12位、10位、8位
• 高分辨率，高通量：
  • ADS7947：12位，2.1 MSPS
  • ADS7948：10位，2.57 MSPS
  • ADS7949：8位，3MSPS
• 出色的表现：
  • 没有缺失的代码
  • INL：1个LSB（最多）
  • 信噪比：72 dB（分钟）
• 低功耗：
  • 2 MSPS工作时功率为7.5毫瓦
  • 低速自动断电：
    • 3.8毫瓦，500千每秒
    • 0.8毫瓦，转速100千每秒
    • 0.16毫瓦，20千每秒
• 供应范围广泛：
  • 模拟电压：2.7 V 至 5.5 V
  • 数字：1.65伏到AVDD
• 兼容SPI的串行接口
• 扩展温度范围：–40°C至+125°C
• 极小的占地面积：3毫米×3毫米WQFN

参数

方框图

ADS794x 系列（ADS7947/48/49）是德州仪器（TI）推出的超低功耗双通道逐次逼近型（SAR）模数转换器，涵盖 12/10/8 位分辨率，核心优势为低功耗、小尺寸与灵活配置，支持最高 3 MSPS 采样速率，适配电池供电设备、医疗仪器等对功耗和空间要求严苛的场景。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样率 ：ADS7947 为 12 位，ADS7948 为 10 位，ADS7949 为 8 位，均无缺失码；标准采样率 2 MSPS，优化后最高可达 2.1 MSPS（12 位）、2.57 MSPS（10 位）、3 MSPS（8 位）。
• 动态性能 ：12 位型号（ADS7947）100 kHz 输入时，SNR 最小 72 dB，SFDR 典型 86 dB，THD 典型 - 85 dB；10 位（ADS7948）SNR 典型 61 dB，8 位（ADS7949）SNR 典型 49 dB，动态性能适配中高频信号采集。
• 输入特性 ：伪差分输入架构，正输入（AINxP）范围 0~VREF，负输入（AINxN）摆动 ±0.2 V；输入电容 32 pF，输入泄漏电流 1.5 nA（125℃），全功率带宽 15 MHz。
• 精度指标 ：积分非线性（INL）最大 1 LSB（12 位）、0.5 LSB（10 位）、0.3 LSB（8 位）；微分非线性（DNL）最大 1 LSB（12 位）、0.5 LSB（10 位）、0.3 LSB（8 位），偏移误差与增益误差均最大 ±1 LSB（12 位），精度表现稳定。

2. 环境与封装

• 工作温度：-40°C~125°C（扩展工业级），适配极端环境；
• 封装形式：16 引脚 WQFN 封装（3mm×3mm），RoHS 兼容，MSL 等级 2，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2000 V，充电设备模型（CDM）±500 V，防护可靠；
• 功耗：2 MSPS 模式下典型功耗 7.5 mW，低速模式自动降功耗，20 kSPS 时仅 0.16 mW，全局断电模式功耗低至 2.5 µA。

二、关键功能特性

1. 灵活配置与低功耗设计

• 双通道切换：内置双路输入多路选择器，通过 CH SEL 引脚选择通道 0/1，切换时序精准，支持伪差分输入，可抑制共模噪声与偏移。
• 采样模式：支持 16 时钟帧（高速模式）与 32 时钟帧（兼容模式），适配不同处理器接口需求；采样时钟（SCLK）频率范围 0.4 MHz~40 MHz，默认 34 MHz。
• 断电功能：专用 PDEN 引脚控制自动断电模式，低速采样时启用可大幅降低功耗，上电时间仅 1 µs，不影响系统响应速度。

2. 电源与接口

• 电源范围：模拟电源（AVDD）2.7 V5.5 V，数字电源（DVDD）1.65 VAVDD，支持宽电压供电，适配多种系统电源架构；
• 通信接口：SPI 兼容串行接口，支持 CS 片选、SCLK 时钟、SDO 数据输出，时序简单，易与微控制器对接；
• 参考电压：外部参考输入（REF）范围 2.5 V~AVDD，需与 REFGND 就近 decouple，可直接使用 AVDD 作为参考电压。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 电池供电设备：便携式传感器、手持测量仪器；
• 通信系统：光网络、无线通信信号采集；
• 医疗仪器：低功耗生理信号监测设备；
• 数据采集：工业数据采集系统、多通道信号采样。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：AVDD 与 DVDD 需独立供电，各自就近放置 1 µF 陶瓷去耦电容，模拟地与数字地共地平面，通过多过孔连接，减少噪声耦合。
• 输入驱动：模拟输入推荐串联 5~47 Ω 电阻 + 并联 470 pF 电容构成滤波电路，抑制采样毛刺；驱动电路需保证足够带宽，确保信号在 80 ns 采集时间内稳定。
• 布局规范：模拟与数字元件分区布局，信号走线避开地平面分割；REF 与 REFGND 引脚紧邻放置去耦电容；SDO 引脚串联 47 Ω 终端电阻，靠近芯片端放置。

3. 软件与配置

• 通道选择：CH SEL 引脚低电平选通道 0，高电平选通道 1，建议在 CS 下降沿后、第二 SCLK 上升沿前切换，确保多路器稳定。
• 断电配置：PDEN 引脚在 CS 上升沿为高电平时，该周期结束后进入断电模式，低速场景（<500 kSPS）启用可显著降耗。
• 时序配置：16 时钟帧模式下，转换完成后即可输出数据；32 时钟帧模式下，输出当前采样数据后再进入下一轮采样，适配需同步数据的场景。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：超低功耗设计，2 MSPS 模式功耗仅 7.5 mW，低速模式功耗最低 0.16 mW；3mm×3mm 超小封装，节省 PCB 空间；伪差分输入适配复杂信号环境；多分辨率型号引脚兼容，便于系统升级。
• 选型建议：12 位高精度需求选 ADS7947，10 位平衡需求选 ADS7948，8 位高速低功耗需求选 ADS7949；电池供电设备优先启用断电模式，工业场景注意扩展温度范围适配。