ADC122S051/ADC122S051Q：高性能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，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的一款优秀产品——ADC122S051/ADC122S051Q 2通道、200 ksps至500 ksps 12位A/D转换器。

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产品概述

ADC122S051/ADC122S051Q是一款低功耗、双通道CMOS 12位模拟 - 数字转换器，配备高速串行接口。与传统仅在单一采样率下规定性能的做法不同，它在200 ksps至500 ksps的采样率范围内都有全面的性能指标。该转换器基于逐次逼近寄存器（SAR）架构，内置跟踪保持电路，可配置为接受一个或两个输入信号。其输出串行数据为自然二进制格式，兼容SPI™、QSPI™、MICROWIRE和许多常见的DSP串行接口。

产品特性

多方面优势显著

• 宽采样率范围：在200 ksps至500 ksps的采样率范围内都能稳定工作，为不同应用场景提供了灵活的选择。
• 双输入通道：可同时处理两个模拟输入信号，满足多信号采集的需求。
• 可变电源管理：单电源供电，电压范围为2.7V - 5.25V，适应不同的电源环境。正常工作时，3V电源下功耗约为3.0 mW，5V电源下约为10 mW；进入掉电模式后，3V电源下功耗仅为0.14 µW，5V电源下为0.32 µW，有效降低了整体功耗。
• 汽车级应用认证：经过AEC - Q100测试，符合汽车应用要求，满足汽车电子对可靠性和稳定性的严格标准。同时，满足AEC - Q100 - 011 C2 CDM分类，具备良好的静电放电（ESD）防护能力。

关键规格参数

静态特性

参数	典型值	最大值	单位
分辨率	12	-	位
积分非线性（INL）	±0.5	±1.1	LSB
差分非线性（DNL）	+0.7 / -0.4	+1.3 / -1.0	LSB
失调误差（VOFF）	+0.3	±1.3	LSB
通道间失调误差匹配（OEM）	±0.1	±1.0	LSB
满量程误差（FSE）	-0.5	±1.5	LSB
通道间满量程误差匹配（FSEM）	+0.01	±1.0	LSB

动态特性

参数	典型值	最小值	单位
信噪失真比（SINAD）	72	69.2	dB
信噪比（SNR）	72.5	70.6	dB
总谐波失真（THD）	-84	-75	dB
无杂散动态范围（SFDR）	86	76	dB
有效位数（ENOB）	11.7	11.2	位

电源特性

电源电压	正常模式电流	掉电模式电流	正常模式功耗	掉电模式功耗
5.25V	1.9 - 2.4 mA	60 nA	10 - 12.6 mW	0.32 µW
3.6V	0.84 - 1.2 mA	38 nA	3.0 - 4.3 mW	0.14 µW

引脚说明

引脚编号	符号	描述
5、4	IN1和IN2	模拟输入，信号范围为0V至VA
8	SCLK	数字时钟输入，直接控制转换和读出过程
7	DOUT	数字数据输出，输出样本在SCLK引脚的下降沿时钟输出
6	DIN	数字数据输入，通过该引脚在SCLK引脚的上升沿加载ADC122S051/ADC122S051Q的控制寄存器
1	CS	芯片选择，CS下降沿开始转换过程，只要CS保持低电平，转换就会继续
2	VA	正电源引脚，应连接到稳定的+2.7V至+5.25V电源，并通过1 uF电容和0.1 uF单片电容旁路到GND，电容应靠近电源引脚（距离不超过1 cm）
3	GND	芯片接地引脚

工作原理

ADC122S051是基于电荷分配数模转换器的逐次逼近型模拟 - 数字转换器。在跟踪模式下，开关SW1通过多路复用器将采样电容连接到两个模拟输入通道之一，SW2平衡比较器输入；在保持模式下，SW1将采样电容连接到地，保持采样电压，SW2使比较器失衡，控制逻辑指示电荷分配DAC向采样电容添加固定电荷量，直到比较器平衡，此时提供给DAC的数字字即为模拟输入电压的数字表示。

应用信息

操作要点

• 转换过程：CS下降沿启动一个串行帧，每个帧应包含16个SCLK周期的整数倍。在CS下降后的前3个SCLK周期，ADC处于跟踪模式，采集输入电压；接下来的13个SCLK周期完成转换并输出数据，数据从第5个时钟开始以MSB优先的方式输出。
• 输入选择：每次转换时，在CS下降后的前8个SCLK上升沿将数据时钟输入到DIN引脚，指示下一次转换选择的输入通道。
• 电源管理：CS为高电平时，SCLK内部被关断，ADC进入掉电模式；CS为低电平时，ADC正常工作。该ADC无需上电延迟或空转换，上电后可立即对输入进行采样和转换，首次转换结果为IN1的输入。

典型应用电路

典型应用中，可使用TI的LP2950低压差电压调节器为ADC122S051供电。电源引脚需通过靠近ADC的电容网络进行旁路，以减少电源噪声对ADC性能的影响。由于ADC的参考电压为电源电压，建议使用专用线性稳压器或提供足够的去耦措施，以确保电源干净。也可使用精密参考源作为电源，以获得最佳性能。

模拟输入注意事项

模拟输入通道的等效电路中，二极管D1和D2提供ESD保护，但输入信号不应超过(VA + 300 mV)或(GND - 300 mV)，以免ESD二极管导通导致工作异常。为获得最佳性能，应使用低阻抗源驱动ADC，同时可添加带通或低通滤波器，减少谐波和噪声，提高动态性能。

数字输入输出特性

数字输出DOUT受电源电压VA限制，不能超过该值。数字输入引脚不易发生闩锁，虽然不推荐，但SCLK、CS和DIN可在VA施加前激活，不会有闩锁风险。

电源管理与噪声考虑

• 电源管理：CS为低电平时，ADC完全上电；CS为高电平时，ADC完全掉电，但在一次转换的第16个下降沿和下一次转换的第1个下降沿之间，ADC会自动进入掉电模式。用户可通过减少单位时间内的转换次数来降低功耗，功率消耗与吞吐量的关系曲线接近线性，因为掉电模式下的功耗极小，实际应用中可忽略不计。
• 电源噪声：输出负载电容的充放电会导致电源电压变化，可能影响ADC的SNR和SINAD性能。为减少电源噪声，应尽量减小输出负载电容；若负载电容大于35 pF，可在ADC输出端靠近引脚处添加100 Ω串联电阻，限制输出电容的充放电电流，改善噪声性能。

总结

ADC122S051/ADC122S051Q凭借其宽采样率范围、低功耗、多通道输入和良好的抗干扰能力等优点，适用于便携式系统、远程数据采集、仪器仪表和控制系统等多种应用场景。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理选择电源、优化输入输出电路，并注意电源管理和噪声抑制，以充分发挥该ADC的性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。