深入解析ADC128S022：8通道12位A/D转换器的卓越之选

 

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。今天，我们来详细探讨德州仪器（TI）的一款高性能ADC——ADC128S022，深入了解它的特性、应用场景以及设计要点。

文件下载：adc128s022.pdf

一、器件概述

ADC128S022是一款低功耗、8通道CMOS 12位模拟 - 数字转换器，其转换吞吐量速率范围为50 ksps至200 ksps。它采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，并内置跟踪保持电路，能够接受多达8个模拟输入信号（IN0 - IN7）。输出的串行数据为直二进制格式，与SPI、QSPI、MICROWIRE和许多常见的DSP串行接口兼容。该器件采用16引脚TSSOP封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 105°C，适用于各种工业和便携式应用。

二、关键特性

2.1 多通道输入

ADC128S022具备8个输入通道，可同时处理多个模拟信号，为多信号监测和采集应用提供了便利。例如，在工业自动化系统中，可以同时监测多个传感器的输出信号，实现对多个参数的实时监控。

2.2 可变功率管理

该器件支持独立的模拟和数字电源供电，模拟电源（VA）范围为2.7 V至5.25 V，数字电源（VD）范围为2.7 V至VA。在3V供电时，典型功耗仅为1.2 mW；在5V供电时，典型功耗为7.5 mW。此外，还具备掉电功能，可进一步降低功耗，延长电池供电设备的续航时间。

2.3 高精度转换

ADC128S022的积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）指标表现出色。在VA = VD = 5V时，INL最大为±1 LSB，DNL最大为 + 1 / - 0.7 LSB，确保了高精度的模拟 - 数字转换。

2.4 高速转换速率

转换速率范围为50 ksps至200 ksps，能够满足不同应用对转换速度的要求。对于高速信号采集应用，如音频处理、通信系统等，可选择较高的转换速率；而对于对功耗要求较高的应用，可选择较低的转换速率。

三、引脚配置与功能

引脚名称	引脚编号	引脚类型	功能描述
CS	1	数字I/O	芯片选择，下降沿启动转换过程，低电平持续时进行连续转换
VA	2	电源	正模拟电源引脚，同时作为参考电压，需连接到2.7 - 5.25V的稳定电源，并使用1μF和0.1μF的陶瓷电容旁路到地
AGND	3	电源	模拟电源和信号的接地端
IN0 - IN7	4 - 11	模拟I/O	模拟输入，信号范围为0V至VREF
DGND	12	电源	数字电源和信号的接地端
VD	13	电源	正数字电源引脚，需连接到2.7V至VA的电源，并使用0.1μF的陶瓷电容旁路到地
DIN	14	数字I/O	数字数据输入，通过SCLK引脚的上升沿将数据写入控制寄存器
DOUT	15	数字I/O	数字数据输出，SCLK引脚下降沿将转换结果以串行数据形式输出，MSB优先
SCLK	16	数字I/O	数字时钟输入，频率范围为0.8 MHz至3.2 MHz，控制转换和数据读取过程

四、工作原理

4.1 跟踪模式

当CS引脚变为低电平后，在最初的3个SCLK周期内，ADC128S022进入跟踪模式。此时，开关SW1通过多路复用器将采样电容连接到8个模拟输入通道之一，开关SW2平衡比较器的输入，ADC开始采集输入电压。

4.2 保持模式

在接下来的13个SCLK周期内，ADC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。控制逻辑指示电荷再分配DAC对采样电容进行充电或放电，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、应用场景

5.1 汽车导航系统

在汽车导航系统中，需要对多个传感器的信号进行采集和处理，如加速度计、陀螺仪等。ADC128S022的多通道输入和高速转换速率能够满足这些需求，确保系统实时获取准确的传感器数据，实现精确的导航定位。

5.2 便携式设备

由于其低功耗特性，ADC128S022非常适合用于便携式设备，如智能手机、平板电脑等。在这些设备中，可用于电池电量监测、音频信号采集等功能，延长设备的续航时间。

5.3 医疗仪器

在医疗仪器领域，对信号采集的精度和可靠性要求较高。ADC128S022的高精度转换和良好的线性度能够满足医疗仪器对生物电信号、生理参数等的采集需求，为医疗诊断提供准确的数据支持。

5.4 工业控制与监测

在工业自动化系统中，需要对多个模拟信号进行实时监测和控制，如温度、压力、流量等。ADC128S022的多通道输入和高速转换能力能够实现对多个参数的同时采集和处理，提高工业生产的自动化水平和效率。

六、设计要点

6.1 电源设计

• 电源顺序：为避免ESD二极管导通，模拟电源（VA）必须先于或与数字电源（VD）同时上电，且VD不能超过VA 300 mV。
• 电源噪声：数字电源的电压变化可能会影响ADC的性能，因此建议将模拟和数字电源分离，并使用去耦电容降低电源噪声。对于较大的输出负载电容，可在ADC输出端串联一个100Ω的电阻，限制充放电电流，改善噪声性能。

6.2 布局设计

• 信号隔离：模拟电路和数字电路应分开布局，避免相互干扰。模拟输入应远离噪声信号走线，外部滤波电容应连接到干净的接地端。
• 时钟线处理：时钟线应尽量短，并与其他线路隔离，同时作为传输线进行适当的端接，以减少信号反射和干扰。
• 电源平面：建议使用单一、均匀的接地平面和分割的电源平面，将模拟电路和数字电路分别放置在对应的电源平面上，减少电源噪声的耦合。

6.3 抗混叠滤波

为避免输入信号的混叠，应在ADC的所有输入端口放置抗混叠滤波器。这些滤波器可以是单极低通滤波器，其极点位置应满足Nyquist准则，即信号带宽小于采样频率的一半。例如，当SCLK频率为16 MHz时，可选择R = 100Ω、C = 33 nF的单极滤波器，将输入信号带宽降低到48 kHz。

七、总结

ADC128S022以其多通道输入、可变功率管理、高精度转换和高速转换速率等优点，成为众多应用场景中的理想选择。在设计过程中，合理的电源设计、布局设计和抗混叠滤波是确保其性能稳定的关键。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师更好地了解和应用ADC128S022，为电子系统的设计带来更多的可能性。

各位工程师在使用ADC128S022的过程中遇到过哪些问题或有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。