深入解析 ADC141S626：高性能低功耗的 A/D 转换器

 

在电子设计领域，A/D 转换器是实现模拟信号到数字信号转换的关键器件。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）的 ADC141S626，一款 14 位、采样率从 50 kSPS 到 250 kSPS 的差分输入、微功耗 A/D 转换器。

文件下载：adc141s626.pdf

一、核心特性

1. 真差分输入

ADC141S626 采用真差分输入设计，从内部采样保持电路到整个 A/D 转换器，都能保持模拟输入的差分特性，这使得它在抑制共模信号方面表现出色。在实际应用中，共模信号往往是干扰的主要来源，出色的共模抑制能力可以有效提高信号的质量和准确性。

2. 宽采样率范围

该转换器的采样率范围为 50 kSPS 到 250 kSPS，能够满足不同应用场景对采样速度的需求。无论是对低速信号的精确采集，还是对高速信号的快速转换，ADC141S626 都能胜任。

3. 外部参考电压

它支持外部参考电压，范围从 1.0V 到 $V_{A}$，这为用户提供了更大的灵活性。用户可以根据实际需求调整参考电压，从而优化转换器的性能。

4. 零功耗跟踪模式

零功耗跟踪模式是 ADC141S626 的一大亮点。在该模式下，内部采样电容跟踪模拟输入电压，同时 ADC 消耗的电源电流最小，这对于对功耗敏感的应用非常重要。

二、电气特性

1. 静态特性

• 分辨率：具有 14 位无失码分辨率，能够提供高精度的转换结果。
• 积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）：INL 和 DNL 的最大误差均为 ±0.95 LSB，保证了转换的线性度。
• 偏移误差和增益误差：偏移误差和增益误差都在合理范围内，确保了转换结果的准确性。

  2. 动态特性

• 信噪比（SNR）和总谐波失真（THD）：在不同的电源电压下，SNR 可达 82 dBc 以上，THD 低至 -102 dBc，这表明它在处理动态信号时具有良好的性能。
• 无杂散动态范围（SFDR）：SFDR 高达 101 dBc，能够有效抑制杂散信号，提高信号的纯度。

三、引脚说明

ADC141S626 共有 10 个引脚，每个引脚都有其特定的功能：

1. 参考电压输入（VREF）

该引脚需要连接一个 1V 到 $V_{A}$ 之间的参考电压，并且需要使用至少 0.1 µF 的陶瓷电容和 1.0 µF 到 10 µF 的大容量电容进行去耦，以提高性能。

2. 模拟输入引脚（+IN 和 -IN）

+IN 是差分信号的正模拟输入，-IN 是负模拟输入。在使用时，需要注意输入信号的范围和共模电压。

3. 接地引脚（GND）

提供信号的接地参考点。

4. 片选引脚（CS）

在 SPI 转换期间，CS 必须为低电平，转换从 CS 的下降沿开始。当 CS 为高电平时，ADC 处于采集模式。

5. 串行数据输出引脚（DOUT）

转换结果通过 DOUT 引脚以串行方式输出，数据格式为二进制补码。

6. 串行时钟引脚（SCLK）

SCLK 用于控制数据传输和转换过程，每个转换需要 18 个 SCLK 周期。

7. 数字输入/输出电源引脚（VIO）和模拟电源引脚（VA）

VIO 和 VA 的电压范围为 2.7V 到 5.5V，并且需要使用电容进行去耦。

四、工作模式

1. 零功耗跟踪模式

在转换完成后，通过将 CS 置高或置低，可以使 ADC 进入零功耗跟踪模式，此时 ADC 消耗的电源电流最小。

2. 短循环模式

如果不需要完整的 14 位转换数据，可以在转换过程中提前将 CS 置高，终止转换，从而降低功耗。

3. 突发模式

在需要低采样率的应用中，可以将 SCLK 频率设置为 4.5 MHz，CS 速率根据系统需求调整，使 ADC 进入突发模式，以最小化功耗。

五、应用场景

1. 汽车导航

在汽车导航系统中，需要对各种传感器信号进行精确采集和处理。ADC141S626 的高性能和低功耗特性，能够满足汽车导航系统对信号处理的要求。

2. 便携式系统

对于便携式设备，如智能手机、平板电脑等，功耗是一个关键因素。ADC141S626 的低功耗设计，能够延长设备的电池续航时间。

3. 医疗仪器

在医疗仪器中，对信号的准确性和可靠性要求很高。ADC141S626 的高精度和良好的抗干扰能力，能够确保医疗仪器的性能。

4. 仪器仪表和控制系统

在仪器仪表和控制系统中，需要对各种模拟信号进行实时监测和控制。ADC141S626 的快速采样率和高精度转换能力，能够满足这些应用的需求。

六、PCB 布局和电路考虑

1. 电源去耦

为了减少电源噪声对转换器的影响，需要使用合适的电容对电源进行去耦。建议使用 0.1 µF 的陶瓷电容和 1.0 µF 到 10 µF 的大容量电容。

2. 模拟和数字电路分离

为了避免数字电路的噪声干扰模拟电路，需要将模拟电路和数字电路分开布局。同时，时钟线要尽量短，并与其他线路隔离。

3. 参考电压源

参考电压源的稳定性对转换器的性能至关重要。建议使用低输出阻抗的参考源，并进行适当的去耦。

七、应用电路示例

1. 数据采集系统

在数据采集系统中，可以将 ADC141S626 与外部参考源和微控制器连接，实现对模拟信号的采集和处理。

2. 桥传感器应用

在桥传感器应用中，需要对传感器输出的微弱信号进行放大和转换。可以使用放大器对信号进行放大，然后将其输入到 ADC141S626 进行转换。

3. 电流传感应用

在电流传感应用中，可以将电流传感器的输出信号转换为电压信号，然后输入到 ADC141S626 进行转换。

八、总结

ADC141S626 是一款性能出色、功耗低的 A/D 转换器，具有真差分输入、宽采样率范围、外部参考电压等优点。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择工作模式，并注意 PCB 布局和电路设计，以充分发挥其性能。希望本文对电子工程师在设计中使用 ADC141S626 有所帮助。

大家在使用 ADC141S626 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。