ADC108S022：8通道10位A/D转换器的详细解析

 

引言

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。TI公司的ADC108S022作为一款低功耗、八通道CMOS 10位A/D转换器，以其独特的性能和广泛的应用场景，在众多ADC产品中脱颖而出。今天，我们就来深入剖析这款ADC108S022，探讨它的特性、性能指标、工作原理以及应用设计要点。

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一、产品特性与概述

特性亮点

ADC108S022具有诸多令人瞩目的特性。它拥有八个输入通道，能够同时处理多个模拟信号，大大提高了系统的集成度和信号处理能力。采用可变功率管理技术，可根据实际工作需求灵活调整功率消耗，在不同的工作模式下实现低功耗运行。独立的模拟和数字电源设计，有效减少了电源干扰，提高了信号转换的精度和稳定性。此外，它还兼容SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP等多种通信标准，方便与各种数字系统进行接口连接。封装形式为16 - 引脚TSSOP，体积小巧，适合在空间有限的应用场景中使用。

产品概述

该转换器基于逐次逼近寄存器（SAR）架构，并内置了跟踪 - 保持电路，可实现50 ksps至200 ksps的转换吞吐量速率。输出的串行数据为直二进制格式，与多种常见的数字接口标准兼容，方便后续数字系统的处理和分析。其模拟电源（$V{A}$）范围为 +2.7V至 +5.25V，数字电源（$V{D}$）范围为 +2.7V至$V_{A}$，正常工作时，使用 +3V或 +5V电源的功耗分别为1.1 mW和6.4 mW，而在掉电模式下，功耗可大幅降低至0.09 µW（+3V电源）和0.3 µW（+5V电源），充分体现了其低功耗的优势。

二、关键规格参数

静态特性

在静态特性方面，ADC108S022的分辨率为10位，且无缺失码，保证了信号转换的准确性。积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）的最大值均为 ±0.3 LSB，偏移误差（VOFF）最大值为 ±0.7 LSB，满量程误差（FSE）最大值为 ±0.4 LSB等参数，都表明了该转换器在静态转换过程中的高精度性能。

动态特性

动态特性上，全功率带宽（FPBW）为8 MHz，信号 - 噪声加失真比（SINAD）在输入频率为40.2 kHz时最小值为61.3 dB，信号 - 噪声比（SNR）最小值为61.4 dB，总谐波失真（THD）最大值为 -73.4 dB，无杂散动态范围（SFDR）最小值为76.6 dB，有效位数（ENOB）最小值为9.89位等，这些参数展示了该转换器在处理动态信号时的良好性能。

电气特性

电气特性方面，时钟频率范围为0.8 MHz至3.2 MHz，采样率范围为50 ksps至200 ksps，转换时间为13个SCLK周期，采集时间为3个SCLK周期等，这些参数为电路设计提供了明确的参考依据。

三、引脚描述与功能

模拟输入引脚

4 - 11引脚为INO至IN7，作为模拟输入引脚，可接受范围从0V至$V_{REF}$的模拟信号。在实际应用中，要确保输入信号在该范围内，以保证转换器的正常工作。

数字输入输出引脚

16引脚SCLK为数字时钟输入，其频率范围为0.8 MHz至3.2 MHz，直接控制转换和读出过程。15引脚DOUT为数字数据输出，在SCLK引脚的下降沿将输出样本时钟输出。14引脚DIN为数字数据输入，在SCLK引脚的上升沿将数据加载到ADC108S022的控制寄存器中。1引脚CS为芯片选择引脚，在其下降沿开始转换过程，只要CS保持低电平，转换就会持续进行。

电源引脚

2引脚$V{A}$为正模拟电源引脚，同时作为参考电压，应连接到 +2.7V至 +5.25V的稳定电源，并通过1 µF和0.1 µF的单片陶瓷电容旁路到GND。13引脚$V{D}$为正数字电源引脚，应连接到 +2.7V至$V_{A}$的电源，并通过0.1 µF的单片陶瓷电容旁路到GND。3引脚AGND和12引脚DGND分别为模拟和数字电源的接地引脚。

四、工作原理分析

跟踪模式

当$\overline{CS}$引脚变为低电平后的前三个SCLK周期，ADC108S022处于跟踪模式。此时，开关SW1通过多路复用器将采样电容连接到八个模拟输入通道之一，开关SW2平衡比较器的输入，使采样电容能够跟踪输入信号的变化。

保持模式

在$\overline{CS}$引脚变为低电平后的最后十三个SCLK周期，ADC108S022进入保持模式。开关SW1将采样电容连接到地，保持采样电压，开关SW2使比较器失衡。控制逻辑随后指示电荷再分配DAC向采样电容添加或减去固定量的电荷，直到比较器达到平衡。此时，提供给DAC的数字字即为模拟输入电压的数字表示。

五、应用设计要点

典型应用电路

在典型应用电路中，可使用TI的LP2950低 dropout电压调节器为模拟和数字电源供电。模拟电源通过靠近ADC108S022的电容网络进行旁路，数字电源通过隔离电阻与模拟电源分离，并添加额外的电容进行旁路。为了减少ADC108S022输入电容变化引起的误差，可在每个输入引脚与地之间连接一个电容，同时添加隔离电阻以隔离负载电容与输入源。

电源供应考虑

电源顺序

ADC108S022是双电源设备，为避免ESD二极管导通，数字电源$V{D}$不能超过模拟电源$V{A}$超过300 mV，因此$V{A}$必须在$V{D}$之前或同时上升。

电源管理

该转换器在$\overline{CS}$为低电平时完全上电，在$\overline{CS}$为高电平时完全掉电。在连续转换模式下，它会在一次转换的第16个SCLK下降沿和下一次转换的第1个SCLK下降沿之间自动进入掉电模式。用户可根据实际需求选择连续模式或突发模式，以平衡吞吐量和功耗。

电源噪声考虑

为防止数字电源噪声影响模拟电源，可将模拟和数字电源解耦或使用单独的电源。同时，尽量减小输出负载电容，若负载电容大于50 pF，可在ADC输出端使用100 Ω的串联电阻，以限制输出电容的充放电电流，提高噪声性能。

布局和接地

在PCB布局中，要将模拟电路与数字电路分开，时钟线尽量短，以减少电容耦合带来的干扰。避免使用为数字逻辑供电的同一电源为ADC108S022供电，以防止电源噪声影响ADC的性能。模拟和数字线路应尽量交叉成90°，避免相互干扰。

六、总结与展望

ADC108S022以其丰富的特性、出色的性能和灵活的应用方式，为电子工程师在设计模拟 - 数字转换系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，只要我们充分理解其工作原理，合理设计电路布局和电源供应，就能充分发挥其优势，实现高精度、低功耗的信号转换。随着电子技术的不断发展，相信类似的高性能ADC产品将会不断涌现，为电子设计带来更多的可能性。

各位工程师朋友们，在使用ADC108S022的过程中，你们遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。