深入解析ADC122S101：高性能12位A/D转换器

 

在电子设计领域，模拟到数字的转换是至关重要的环节。ADC122S101作为一款由德州仪器（TI）推出的低功耗、两通道CMOS 12位A/D转换器，凭借其出色的性能和灵活的配置，在众多应用场景中展现出了强大的优势。

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产品概述

ADC122S101具有高速串行接口，与传统仅在单一采样率下指定性能的转换器不同，它在500 ksps到1 Msps的采样率范围内都有完整的性能指标。其基于逐次逼近寄存器架构，并内置跟踪保持电路，可接受一到两个输入信号。

主要特性

• 宽电源范围：支持2.7V - 5.25V的单电源供电，适应不同的电源环境。
• 双输入通道：可同时处理两个模拟输入信号，增加了系统的灵活性。
• 可变电源管理：具备正常模式和关断模式，能根据实际需求灵活调整功耗。
• 高速串行接口：输出串行数据为直二进制格式，兼容SPI™、QSPI™、MICROWIRE和许多常见的DSP串行接口。

关键技术指标

静态特性

• 分辨率：无丢失码的情况下可达12位，保证了高精度的转换。
• 积分非线性（INL）：典型值为±0.64 LSB，最大为±1.6 LSB，确保了转换的线性度。
• 差分非线性（DNL）：典型值为+0.9 / -0.6 LSB，最大为+1.6 / -1.0 LSB，反映了每个量化台阶的一致性。
• 偏移误差（VoFF）：典型值为+0.44 LSB，最大为±1.3 LSB，体现了零点的准确性。

动态特性

• 信噪失真比（SINAD）：典型值为72 dB，最小为69.2 dB，反映了信号质量。
• 信噪比（SNR）：典型值为72.4 dB，最小为70.6 dB，体现了信号与噪声的比例。
• 总谐波失真（THD）：典型值为-82 dB，最大为-75 dB，衡量了谐波对信号的影响。
• 无杂散动态范围（SFDR）：典型值为83 dB，最小为76 dB，反映了杂散信号的抑制能力。

电源特性

• 正常模式功耗：在5.25V供电、1 Msps采样率下，典型功耗为13.1 mW；在3.6V供电、1 Msps采样率下，典型功耗为4.3 mW。
• 关断模式功耗：在5.25V供电、0 ksps采样率下，功耗为0.32 μW；在3.6V供电、0 ksps采样率下，功耗为0.14 μW。

工作原理

ADC122S101采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，通过内部的跟踪保持电路对输入信号进行采样和保持。在转换过程中，控制逻辑会指示电荷再分配DAC逐步调整采样电容上的电荷，直到比较器平衡，此时DAC的数字输入即为模拟输入电压的数字表示。

工作模式

• 跟踪模式：在CS信号拉低后的前三个SCLK周期内，ADC处于跟踪模式，采样电容连接到模拟输入通道，获取输入电压。
• 保持模式：在CS信号拉低后的第四个到第十六个SCLK周期内，ADC处于保持模式，采样电容连接到地，保持采样电压，同时进行转换。

串行帧

CS信号为低电平的时间段被视为一个串行帧，每个帧应包含整数倍的16个SCLK周期。在一个帧内，完成一次转换并将结果从DOUT引脚输出，同时将下一次转换的输入通道选择数据从DIN引脚输入。

应用电路设计

典型应用电路

在典型应用中，ADC122S101的电源可由LP2950低 dropout 电压调节器提供，电源引脚需通过电容网络进行旁路，以减少电源噪声对转换性能的影响。同时，为了保证最佳性能，建议使用专用的线性稳压器或提供足够的去耦措施。

模拟输入设计

模拟输入通道的等效电路包含二极管、电容和电阻。为了消除采样电容充电引起的失真，建议使用低阻抗源驱动ADC。此外，在采样动态信号时，可添加带通或低通滤波器，以减少谐波和噪声，提高动态性能。

数字输入输出设计

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效应，但为了确保稳定性，建议在VA供电后再对SCLK、CS和DIN进行操作。

电源管理设计

ADC122S101在CS信号为低电平时完全上电，为高电平时完全断电。用户可以通过调整采样率来平衡吞吐量和功耗，在典型性能特性部分的“功耗 vs 采样率”曲线可提供参考。

封装与布局

封装信息

ADC122S101采用8引脚VSSOP封装，具有多种订购选项，包括不同的材料类型、RoHS兼容性和引脚标记。

布局建议

在PCB布局时，应遵循以下原则：

• 电源引脚应靠近ADC，并使用适当的电容进行旁路。
• 模拟输入和数字信号应分开布线，避免相互干扰。
• 时钟信号和数据信号应尽量短，以减少信号延迟和噪声。

总结

ADC122S101以其高性能、低功耗和灵活的配置，成为了电子工程师在设计模拟到数字转换电路时的理想选择。通过深入了解其特性、工作原理和应用设计要点，我们可以更好地发挥该转换器的优势，为各种应用场景提供可靠的解决方案。在实际应用中，还需根据具体需求进行合理的电路设计和参数调整，以确保系统的稳定性和性能。你在使用ADC122S101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。