ADS8372 16位600kHz模数转换器数据手册

 

在当今的电子设计领域，高性能的模拟 - 数字转换器（ADC）是实现精确数据采集和处理的关键组件。TI的ADS8372作为一款16位、600 - kHz的A/D转换器，凭借其出色的性能和丰富的特性，在众多应用场景中展现出强大的竞争力。本文将对ADS8372进行全面深入的解析，为电子工程师们在设计过程中提供有价值的参考。

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一、产品概述

ADS8372是一款具有全差分、伪双极性输入的高性能16位A/D转换器，适用于医疗仪器、光网络、传感器接口以及高精度数据采集系统等多种应用场景。它具备高达600 - kHz的采样率，能够满足大多数高速数据采集的需求。同时，该器件还集成了16位基于电容的逐次逼近寄存器（SAR）A/D转换器，具有固有的采样和保持功能，确保了数据采集的准确性和稳定性。

二、产品特性亮点

（一）高精度性能

• 线性度出色：积分非线性（INL）典型值为±0.35 LSB，最大值为±0.75 LSB；差分非线性（DNL）典型值为±0.25 LSB，最大值为±0.5 LSB，保证了转换结果的高精度。
• 动态性能优异：在$f_{i}=1$ kHz时，16位无杂散动态范围（SFDR）可达120 dB，信纳比（SINAD）为93.5 dB，能够有效抑制噪声和杂散信号，提高信号质量。

（二）高速接口与时钟

• 高速串行接口：支持高达40 MHz的高速串行接口，方便与其他数字设备进行通信，实现快速的数据传输。
• 内置转换时钟：ADS8372内置转换时钟，无需外部时钟源，简化了设计，降低了成本。

（三）低功耗设计

• 多种功耗模式：提供正常工作、休眠模式（Nap Mode）和掉电模式（Power Down）三种功耗模式。在600 kHz采样率下，功耗为110 mW；休眠模式下功耗为15 mW；掉电模式下功耗仅为10 µW，满足不同应用场景下的低功耗需求。

（四）兼容性与封装

• 引脚兼容：与18位的ADS8382引脚兼容，方便工程师进行升级和替换。
• 小巧封装：采用28引脚的6 × 6 QFN封装，体积小巧，节省电路板空间。

三、详细参数解读

（一）模拟输入参数

• 输入电压范围：全量程输入电压范围为$-V{ref}$到$V{ref}$，绝对输入电压范围为 - 0.2 V到$V{ref}+0.2$ V，输入共模范围为$(V{ref}/2)-0.2$ V到$(V_{ref}/2)+0.2$ V。
• 采样电容与泄漏电流：采样电容为40 pF，输入泄漏电流为1 nA，确保了模拟信号的准确采集。

（二）线性度与误差参数

• INL与DNL：如前文所述，INL和DNL的典型值和最大值都表现出色，保证了转换的线性度。
• 偏移误差与增益误差：偏移误差（$E{o}$）典型值为±0.25 mV，增益误差（$E{G}$）典型值为±0.075% FS，并且具有较低的温度漂移，确保了在不同温度环境下的稳定性。

（三）动态特性参数

• 转换时间与吞吐量：转换时间为1.0 - 1.16 µs，吞吐量为600 kHz，能够实现快速的数据转换。
• 孔径延迟与抖动：孔径延迟为10 ns，孔径抖动为12 ps RMS，保证了采样的准确性。

（四）参考输入与输出参数

• 参考电压范围：参考电压输入范围为2.5 - 4.2 V，内部参考电压范围为4.088 - 4.104 V。
• 内阻与调节特性：参考输入电阻为10 MΩ，具有良好的线路调节特性，确保了参考电压的稳定性。

四、工作原理剖析

（一）SAR架构

ADS8372采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，基于电荷再分配原理工作，具有固有的采样/保持功能。在转换过程中，通过对内部电容阵列的充电和放电，逐步逼近输入模拟信号的电压值，最终实现模拟信号到数字信号的转换。

（二）参考电压

该器件内置4.096 - V（标称值）参考电压，也可使用外部参考电压。当使用内部参考时，需将REFOUT引脚与REFIN引脚短接，并在REFIN和REFM引脚之间连接0.1 - µF的去耦电容和1 - µF的存储电容，以确保参考电压的稳定性。

（三）模拟输入

模拟输入通过+IN和 - IN两个引脚接入，在采样阶段，输入电压差被捕获到内部电容阵列中。输入信号源需要能够在采样时间内将40 pF的采样电容充电到16位的稳定水平，以保证转换的准确性。同时，为了维持转换器的线性度，需要注意输入电压的范围和输入源的输出阻抗匹配。

（四）数字接口

• SPI兼容接口：ADS8372的数字接口采用SPI协议，支持高速数据传输。数据以2的补码格式输出，方便与其他数字设备进行通信。
• 时序控制：转换和采样由CONVST和CS引脚控制，需要注意在转换开始命令附近的最小安静区要求，以确保转换器的性能。同时，为了避免数据丢失和性能下降，在指定的安静区（$t{quiet1}$、$t{quiet2}$和$t_{quiet3}$）内不应进行读操作。

五、功耗管理策略

（一）全功率掉电模式

当PD信号为高电平时，器件进入全功率掉电模式，功耗仅为2 µA。在恢复供电或PD信号变为低电平时，器件开始恢复工作，但前两次转换结果可能不准确，因为需要加载校准值以确保精度。如果使用内部参考电压，总恢复时间为25 ms，之后还需要4 ms的时间让内部参考电压稳定。

（二）休眠模式

在转换结束时，如果CONVSTQUAL信号为低电平，器件自动进入休眠模式，功耗为3 mA。休眠模式适用于对吞吐量要求较低，但对功耗有严格要求的应用场景。从休眠模式恢复工作时，最小采样时间为$t{acq1}+t{d18}=t{acq2}$。

六、布局设计要点

（一）隔离与降噪

由于ADS8372通常与数字逻辑电路紧密结合使用，因此需要注意布局和隔离，以减少数字信号对模拟信号的干扰。特别是在采样结束和模拟比较器锁存之前，要避免电源、参考、接地连接和数字输入上出现毛刺或突然变化，这些干扰可能会影响转换结果的准确性。

（二）接地与电源

• 接地设计：AGND和BDGND引脚应连接到干净的模拟接地平面，避免与微控制器或数字信号处理器的接地端过于接近。必要时，可以直接从转换器引出接地走线到电源入口点。
• 电源滤波：+VA和+VBD电源引脚应连接到独立的电源平面或走线，并使用0.1 - µF的陶瓷旁路电容和1 - µF的电容进行滤波，以去除高频噪声。

（三）参考电压

内部参考电压通过内部缓冲器提供，因此对外部参考电压源的电流需求较小。如果使用外部参考电压，需要确保参考源能够稳定驱动旁路电容，避免振荡。建议在REFIN和REFM引脚之间连接0.1 - µF的旁路电容。

七、应用示例

（一）SPI接口实现600 - KSPS吞吐量

通过SPI接口，可以实现600 - KSPS的吞吐量。在这种模式下，FS信号应拉高，数据读取从CS信号的下降沿开始，MSB数据在CS下降沿有效，后续数据在SCLK的上升沿依次输出。

（二）使用FS信号的串行接口

也可以使用FS信号来控制数据读取。在这种模式下，MSB数据在FS信号的上升沿有效，后续数据同样在SCLK的上升沿输出。通过合理设置FS信号，可以实现高效的数据读取。

八、总结与展望

ADS8372作为一款高性能的16位A/D转换器，凭借其高精度、高速率、低功耗和丰富的特性，为电子工程师们提供了一个优秀的选择。在实际设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理选择参数和工作模式，并注意布局设计和时序控制，以充分发挥其性能优势。随着电子技术的不断发展，相信ADS8372将在更多的领域中得到广泛应用，为实现精确的数据采集和处理提供有力支持。

电子工程师们在使用ADS8372时，你是否遇到过一些独特的挑战？你对它在特定应用场景中的表现有什么看法？欢迎在评论区分享你的经验和见解。