探索ADS8327/28：高性能16位ADC的设计秘籍

 

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，它直接影响着系统的性能和精度。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的两款明星产品——ADS8327和ADS8328，这两款16位模数转换器（ADC）以其低功耗、高采样率和出色的性能，在众多应用场景中展现出强大的竞争力。

文件下载：ads8327.pdf

产品概述

ADS8327是一款低功耗、16位、500-kSPS的单通道模数转换器，具有单极性输入。而ADS8328则在此基础上增加了一个2选1的输入多路复用器（MUX），支持双通道输入，并且可以通过编程选择TAG位输出。这两款转换器都采用了基于电容的逐次逼近寄存器（SAR）架构，内置采样保持功能，能够提供高速、宽电压范围的串行接口，还支持多芯片级联模式，非常适合对性能和灵活性有较高要求的应用。

关键特性分析

电源与功耗

ADS8327/28的模拟电源电压范围为2.7V至5.5V，接口电源电压范围为1.65V至1.5倍的模拟电源电压。在500 kHz采样率、+VA = 2.7V、+VBD = 1.8V的条件下，功耗仅为10.6mW，展现出了出色的低功耗特性。此外，它们还提供了多种电源管理模式，包括深度掉电模式、休眠模式和自动休眠模式，可以根据实际应用需求灵活调整功耗，延长设备的续航时间。

性能指标

• 直流性能：积分非线性（INL）典型值为±1.5 LSB，最大值为±2 LSB；微分非线性（DNL）典型值为±0.6 LSB，最大值为±1 LSB。在2.7V电源电压下，失调误差最大值为±0.5 mV；在5V电源电压下，失调误差最大值为±1 mV。这些指标保证了转换器在直流信号转换时的高精度。
• 交流性能：在10 kHz输入频率下，信噪比（SNR）可达91 dB，无杂散动态范围（SFDR）可达100 dB，总谐波失真（THD）可达 -96 dB。这些优秀的交流性能使得ADS8327/28能够在高频信号处理中表现出色。

接口与功能

• 串行接口：支持SPI/DSP兼容的串行接口，串行时钟（SCLK）频率最高可达50 MHz，能够满足高速数据传输的需求。
• 内置时钟：内置转换时钟（CCLK），频率范围为10.5 MHz至12.2 MHz，也可以选择使用外部串行时钟作为转换时钟，方便系统同步。
• 可编程功能：支持软件复位、全局转换启动（CONVST）、可编程状态/极性的结束转换信号（EOC/INT）、可编程TAG位输出以及自动/手动通道选择模式等功能，为系统设计提供了极大的灵活性。

应用场景

ADS8327/28的高性能和丰富功能使其在多个领域得到了广泛应用，包括通信、传感器接口、医疗仪器、磁力计、工业过程控制、数据采集系统和自动测试设备等。在这些应用中，它们能够准确地将模拟信号转换为数字信号，为系统的控制和决策提供可靠的数据支持。

设计要点

模拟输入设计

• 输入范围：输入电压范围为0V至VREF，输入电容约为45 pF。在设计时，需要确保输入信号的电压和电流在规定范围内，以保证转换器的线性度和性能。
• 驱动放大器选择：建议使用低噪声的运算放大器，如德州仪器的OPA365、OPA827或THS4031，来驱动模拟输入。驱动放大器的带宽可以根据最小采集时间进行计算，以满足系统的要求。
• 输入匹配：为了减少噪声和误差，需要确保驱动+IN和 -IN输入的信号源的输出阻抗匹配，避免因输入信号的不同建立时间而导致的失调误差、增益误差和线性度误差。

参考电压设计

ADS8327/28可以使用外部参考电压，参考电压范围为0.3V至4.2V。为了保证转换器的性能，需要提供干净、低噪声、良好去耦的参考电压。建议使用低噪声的带隙参考源，如REF3240，并在REF+和REF - 引脚之间连接一个10μF的陶瓷去耦电容，且该电容应尽可能靠近器件引脚。

转换时钟设计

转换器的转换时钟可以选择内置振荡器或外部串行时钟。内置振荡器的频率最低为10.5 MHz，在深度掉电模式或使用SCLK作为转换时钟时，振荡器会关闭。如果选择使用外部串行时钟作为转换时钟，需要注意SCLK的频率和占空比，以确保系统的同步和稳定性。

通道选择与转换启动

• 通道选择：ADS8328支持手动和自动通道选择模式。在手动通道选择模式下，需要通过向命令寄存器（CMR）写入通道号来选择采集通道；在自动通道选择模式下，转换器会自动按顺序采集通道0和通道1的信号。
• 转换启动：转换可以通过将CONVST引脚拉低至少40 ns来启动，也可以通过编程实现自动触发。CONVST信号独立于FS/CS，因此可以在多个转换器同时采样保持的应用中使用一个公共的CONVST信号。

数字接口设计

• 串行通信：串行接口以FS/CS的下降沿开始一个周期，数据在EOC时被送到输出寄存器，并在FS/CS的下降沿出现在SDO输出引脚。输出数据在SCLK的下降沿有效，主机处理器可以在该时刻读取数据。
• 灵活性：串行接口支持CPOL = 0、CPHA = 1或CPOL = 1、CPHA = 0的模式，具有很高的灵活性。

总结

ADS8327和ADS8328是两款性能卓越的16位模数转换器，它们在低功耗、高精度和灵活性方面表现出色。通过合理的设计和应用，可以充分发挥它们的优势，满足各种复杂的电子系统需求。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用场景和要求，仔细考虑模拟输入、参考电压、转换时钟、通道选择和数字接口等方面的设计要点，以确保系统的性能和稳定性。希望本文能够为电子工程师们在使用ADS8327/28进行设计时提供一些有价值的参考。你在使用这两款转换器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。