深入剖析ADCS747x系列A/D转换器：特性、应用与设计要点

 

在电子工程师的日常设计工作中，A/D转换器是至关重要的组件，它能将模拟信号转换为数字信号，为后续的数字处理提供基础。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的ADCS747x系列A/D转换器，包括ADCS7476、ADCS7477和ADCS7478这三款产品。

文件下载：adcs7478.pdf

一、ADCS747x系列概述

ADCS747x系列是低功耗、单片CMOS的12位、10位和8位模拟 - 数字转换器，转换速率可达1 MSPS。它们可以直接替代Analog Device's的AD747x，采用逐次逼近寄存器架构并内置跟踪保持电路。其串行接口兼容SPI、QSPI、MICROWIRE和许多常见的DSP串行接口标准，具有很强的通用性。

1.1 特性亮点

• 可变电源管理：采用6引脚SOT - 23封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。使用电源电压作为参考，可实现0到$V_{DD}$的满量程输入范围，单电源供电范围为2.7 V至5.25 V。
• 高精度转换：具有无失码的分辨率（12位、10位和8位），DNL典型值为0.5、 - 0.3 LSB，INL典型值为±0.4 LSB，能保证较高的转换精度。
• 低功耗设计：在不同电源电压下功耗表现出色，3 - V电源时典型功耗为2 mW，5 - V电源时典型功耗为10 mW，还具备关机模式，可降低功耗。

1.2 应用领域

该系列产品应用广泛，涵盖汽车导航、工厂自动化或ATM设备、便携式系统、医疗仪器、移动通信以及仪器仪表和控制系统等领域。

二、详细规格参数

2.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。ADCS747x系列的电源电压范围为 - 0.3 V至6.5 V，各引脚电压和电流也有相应的限制，如任何模拟引脚和数字引脚相对于GND的电压范围、任何引脚（除电源引脚）的输入电流等。同时，要注意焊接温度和工作、存储温度范围，避免超出额定值导致器件损坏。

2.2 ESD额定值

静电放电（ESD）是电子器件的潜在威胁，ADCS747x系列的人体模型（HBM）ESD额定值为 + 3500 V，带电设备模型（CDM）ESD额定值为 + 200 V。在使用和处理这些器件时，要采取适当的ESD防护措施，如使用防静电手环、在防静电工作台上操作等。

2.3 推荐工作条件

为了使器件达到最佳性能，推荐的工作条件包括电源电压范围（2.7 V至5.25 V）、数字输入引脚电压范围（2.7 V至5.25 V）以及工作温度范围（ - 40°C至125°C）。在设计电路时，要确保这些条件得到满足。

2.4 电气特性

不同型号的ADCS747x在电气特性上有一些差异。以ADCS7476为例，其输入和输出特性包括输入高电压、输入低电压、输入电流、输出高电压、输出低电压等参数。在实际应用中，要根据具体需求选择合适的型号，并关注这些参数对系统性能的影响。

2.5 时序要求

在 - 40°C至85°C的温度范围内，$V{DD}$为2.7 V至5.25 V且$f{SCLK}$为20 MHz时，ADCS747x有特定的时序要求，如转换时间、安静时间、CS脉冲宽度、CS到SCLK的建立时间等。正确理解和满足这些时序要求，是保证器件正常工作的关键。

三、工作原理与模式

3.1 功能框图与基本操作

ADCS747x基于电荷分配数模转换器的逐次逼近型模拟 - 数字转换器。其基本操作从$\overline{CS}$变低开始，启动转换过程和数据传输。SCLK控制转换过程和串行数据的时序，SDATA为串行数据输出引脚。在转换过程中，器件会经历跟踪模式和保持模式，具体状态由开关控制。

3.2 数据输出格式

ADCS747x的输出格式为直二进制，不同型号在数据输出上有所不同。ADCS7476输出12位数据，无尾随零；ADCS7477输出10位数据，后跟两个尾随零；ADCS7478输出8位数据，后跟四个尾随零。在接收数据时，要根据不同型号的特点进行处理。

3.3 工作模式

• 正常模式：要获得最佳吞吐量，应让器件始终处于正常模式。在正常模式下，$\overline{CS}$必须在转换开始后的第10个SCLK下降沿之后保持低电平，以完成完整的转换。如果在第10个下降沿之后但在第16个下降沿之前将$\overline{CS}$拉高，当前转换将被中止。
• 关机模式：关机模式适用于不需要连续采样或愿意牺牲吞吐量以降低功耗的应用。在转换过程中，在SCLK的第二个和第十个下降沿之间将$\overline{CS}$拉高，器件将进入关机模式，此时模拟电路关闭，功耗降低。

四、应用与设计要点

4.1 典型应用电路

以ADCS747x与LMT87温度传感器的应用为例，该电路使用TI的LP2950低压差电压调节器提供电源，并通过电容网络进行旁路。模拟输入和数字接口与微处理器或DSP连接，实现数据的采集和处理。

4.2 模拟输入设计

ADCS747x的模拟输入有其特点，输入通道的等效电路包括ESD保护二极管、电容和电阻。为了获得最佳性能，应使用低阻抗源驱动输入，以减少采样电容充电引起的失真。在处理交流信号时，可使用带通或低通滤波器来降低谐波和噪声，提高THD和SNR。

4.3 电源设计

电源设计对于ADCS747x的性能至关重要。由于电源电压作为参考电压，电源噪声大于1/2 LSB的幅度会影响转换器的噪声性能。因此，要使用稳定、低噪声的电源，并将ADC的电源与数字组件的电源分开，以减少噪声干扰。同时，要注意数字输出负载电容对电源的影响，可通过适当的措施（如使用串联电阻）来降低噪声。

4.4 布局设计

在PCB布局时，要将模拟电路和数字电路分开，避免电容耦合和串扰。时钟线要尽量短，并进行适当的端接。模拟输入要与噪声信号隔离，外部组件要连接到干净的接地平面。推荐使用单一、均匀的接地平面和分割的电源平面，将模拟和数字电路分别放置在不同的电源平面上。

五、总结

ADCS747x系列A/D转换器以其高精度、低功耗、小封装和广泛的兼容性等优点，在众多应用领域具有很大的优势。作为电子工程师，在使用该系列产品时，要深入理解其特性、规格参数、工作原理和应用设计要点，才能设计出性能优良、稳定可靠的电路系统。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。