ADS7826/27/29：高性能低功耗ADC的卓越之选

 

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一项至关重要的技术，它是连接现实世界的模拟信号与数字系统的桥梁。Texas Instruments的ADS7826、ADS7827和ADS7829系列10/8/12位高速2.7V微功耗采样模数转换器，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了强大的竞争力。

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特性亮点

高吞吐量与低功耗并存

在低电源电压（2.7V VCC）条件下，ADS7829能实现12位125 KSPS的转换速率，ADS7826为10位200 KSPS，ADS7827则达到8位250 KSPS。这种高吞吐量使得它们在需要快速数据采集的应用中表现出色。同时，其微功耗自动掉电功能令人瞩目，在75 kHz、2.7V VCC时功耗小于60µW，低功耗掉电电流最大仅3µA，非常适合电池供电系统。

宽工作电压范围

该系列转换器的工作电源电压范围极宽，从2.7V到5.25V，即使在低至2.0V的电压下也能工作，只是性能会有所降低。这种宽电压范围的设计增加了其在不同电源环境下的适用性。

轨到轨伪差分输入与宽参考电压

轨到轨、伪差分输入设计，使得输入信号的范围能够充分利用电源电压。参考电压范围从50mV到VCC，这为设计者提供了更大的灵活性，可以根据具体应用需求设置参考电压，从而直接设定模拟输入的范围。

超小封装与SPI兼容接口

采用8引脚3x3 PDSO（SON，与QFN尺寸相同）的超小芯片级封装，节省了电路板空间。SPI兼容串行接口则方便与微处理器和其他数字系统进行通信，简化了设计过程。

应用领域广泛

电池供电系统

由于其低功耗特性，ADS7826/27/29系列非常适合电池供电的设备，如便携式医疗设备、无线传感器节点等。在这些应用中，低功耗意味着更长的电池续航时间，减少了频繁更换电池的麻烦。

远程数据采集

在远程数据采集系统中，需要设备能够在低功耗的情况下高效地采集和传输数据。该系列转换器的高吞吐量和低功耗特点使其成为理想选择，能够准确地采集模拟信号并将其转换为数字信号进行传输。

隔离数据采集

在一些对数据安全性和抗干扰性要求较高的应用中，如工业自动化、电力系统监测等，隔离数据采集是必不可少的。ADS7826/27/29系列能够在保证数据采集精度的同时，有效地隔离干扰信号，确保数据的可靠性。

同步采样多通道系统

对于需要同时采集多个模拟信号的应用，如音频处理、多通道传感器数据采集等，该系列转换器可以实现同步采样，并且能够在高速转换的同时保持低功耗，满足多通道系统的需求。

技术细节剖析

工作原理

ADS7826/27/29是基于电容重新分配的经典逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器，采用0.6µm CMOS工艺制造。这种架构本身包含了采样/保持功能，使得转换器能够在消耗极少功率的情况下，分别以高达200K/250K/125K次每秒的速度采集和转换模拟信号。

外部参考与时钟

该系列转换器需要外部参考、外部时钟和单一电源（VCC）。外部参考电压可以在50mV到VCC之间任意选择，其值直接决定了模拟输入的范围。参考输入电流取决于转换器的转换速率。外部时钟输入到DCLOCK的最小频率可以低至10kHz，最大频率分别为ADS7829的2MHz、ADS7826的2.8MHz和ADS7827的3MHz。时钟的占空比只要保证最小高电平和低电平时间至少为400ns（VCC = 2.7V或更高）即可。

模拟输入

模拟输入通过+In和 -In两个引脚提供差分输入信号。在转换开始时，这两个引脚的差分输入信号被采样到内部电容阵列上。在转换过程中，两个输入与内部功能断开连接。-In输入的范围限制在 -0.2V到1V之间，因此差分输入主要用于抑制两个输入共有的小信号。输入电流取决于采样率、输入电压、源阻抗和掉电模式等因素。在采样期间，电流用于对内部电容阵列充电，充电完成后，输入电流为零。模拟输入电压源必须能够在1.5个DCLOCK周期内将输入电容（25pF）充电到10/8/12位的稳定水平。在保持模式或掉电模式下，输入阻抗大于1GΩ。

数字接口

数字输入能够适应高达6V的逻辑电平，无论VCC的值是多少。这意味着ADS7826/27/29系列可以在3V电源下工作，同时接受5V逻辑电源的输入。CMOS数字输出（Dout）的摆幅为0V到VCC。如果VCC为3V，而输出连接到5V CMOS逻辑输入，可能会导致该IC需要比正常更多的电源电流，并且传播延迟可能会略有增加。该系列通过同步3线串行接口与微处理器和其他数字系统通信。DCLOCK信号同步数据传输，每个位在DCLOCK的下降沿传输。大多数接收系统在DCLOCK的上升沿捕获位流，但如果Dout的最小保持时间可以接受，也可以在DCLOCK的下降沿捕获每个位。

设计注意事项

功耗优化

为了实现最低的功耗，首先要找到满足系统要求的最低转换速率。此外，转换器在转换完成后以及CS为高电平时处于掉电模式。理想情况下，每次转换应尽可能快地完成，最好以DCLOCK速率进行，这样转换器就能在掉电模式下花费最长的时间。同时，降低电源电压和参考电压也可以减少功耗，但要注意在电压低于2.7V时，转换器不能达到最大采样速率。

布局设计

为了获得最佳性能，在ADS7826/27/29系列电路的物理布局上需要格外注意。特别是在参考电压较低和/或转换速率较高的情况下，SAR架构对电源、参考和接地连接上的尖峰非常敏感，这些尖峰可能会影响转换结果。因此，电源应干净且经过良好的旁路处理，建议在芯片封装附近放置一个0.1µF的陶瓷旁路电容，还可以使用1 - 10µF的电容和5 - 10Ω的串联电阻对嘈杂的电源进行低通滤波。参考电压也应类似地进行旁路处理，使用0.1µF的电容，并可以通过串联电阻和大电容进行低通滤波。GND引脚应连接到干净的接地点，最好是模拟地，避免靠近微处理器、微控制器或数字信号处理器的接地点。

应用电路示例

热电偶应用

图39展示了一个使用ADS7826/27/29和多路复用器的热电偶应用电路。通过电阻串为多路复用器输入提供不同的电压，选择的电压经过缓冲后驱动到Vref。这样，ADS7826/27/29系列的输入范围可以编程为100mV、200mV、300mV或400mV，适用于热电偶等传感器的应用。

基本数据采集系统

图40所示的基本数据采集系统中，ADS7826/27/29系列的参考输入直接连接到电源，输入范围为0V到VCC。5Ω电阻和1 - 10µF电容用于过滤微控制器和电源本身的高频噪声，具体的元件值应根据实际情况选择，以确保滤波器能够有效抑制噪声。

综上所述，Texas Instruments的ADS7826/27/29系列模数转换器以其高吞吐量、低功耗、宽工作电压范围、灵活的输入输出接口等优点，为电子工程师在设计各种应用系统时提供了一个强大而可靠的选择。在实际设计过程中，只要充分考虑其技术特点和设计注意事项，就能够充分发挥其性能优势，实现高效、稳定的数据采集和处理。大家在使用过程中有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。