深入剖析ADS7861：高性能12位A/D转换器的设计与应用

 

在电子工程师的日常设计工作中，选择一款合适的A/D转换器至关重要。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的ADS7861，这是一款高性能的双路12位A/D转换器，在众多领域都有着广泛的应用。

文件下载：ads7861.pdf

一、产品概述

ADS7861是一款双路、12位、500kSPS的模拟 - 数字（A/D）转换器，采用单+5V电源供电，具有四个全差分输入通道，分为两对，可实现高速、同步信号采集。它的输入通道具有典型的80dB共模抑制比，在高噪声环境中表现出色。该转换器包含双路2µs逐次逼近型ADC、两个差分采样保持放大器、一个内部+2.5V参考电压源以及一个高速并行接口。

主要特性

• 高速采样：每个通道的总吞吐量为2µs，有效采样率可达1MHz。
• 高精度：12位分辨率，无漏码，保证了转换的准确性。
• 低功耗：仅40mW的功耗，适合对功耗要求较高的应用场景。
• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能适应各种恶劣环境。
• 串行接口：采用SSI串行接口，减少软件开销。

二、技术细节分析

（一）采样保持部分

采样保持放大器使ADC能够将满量程幅度的输入正弦波精确转换为12位精度。即使在ADC以最大吞吐量500kSPS运行时，采样保持的输入带宽也大于ADC的奈奎斯特速率（奈奎斯特速率等于采样率的一半），典型小信号带宽为40MHz。此外，典型孔径延迟时间为3.5ns，重复孔径延迟值的平均偏差（孔径抖动）通常为50ps，能够准确捕获交流输入信号的相位信息。

（二）参考电压

ADS7861内部具有+2.5V参考电压源，通过REFIN和REFOUT引脚引出。正常工作时，REFOUT引脚应直接连接到REFIN引脚，以提供内部参考电压。同时，该转换器也支持使用1.2V至2.6V的外部参考电压，对应全量程范围为2.4V至5.2V。内部参考电压采用双缓冲设计，可有效隔离外部负载对参考电压的影响。

（三）模拟输入

模拟输入为双极性全差分输入，可采用单端或差分驱动方式。在单端输入时，–IN输入保持在共模电压，+IN输入围绕该共模电压摆动；在差分输入时，输入幅度为+IN和–IN之间的差值。需要注意的是，驱动+IN和–IN输入的源输出阻抗应匹配，否则可能会导致偏移误差、增益误差和线性误差，且这些误差会随温度和输入电压变化。此外，模拟输入电流取决于采样率、输入电压和源阻抗等因素，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。

（四）转换模式与控制

ADS7861的操作可通过地址引脚M0、M1和A0配置为四种不同模式：

• 模式I（M0 = 0，M1 = 0）：双通道操作，A0引脚用于选择通道0和通道1。转换由CONVST引脚触发，将其从低电平变为高电平，设备从采样模式切换到保持模式。数据在每个转换的16个时钟周期的下降沿有效。
• 模式II（M0 = 0，M1 = 1）：仅通过串行数据A引脚输出数据，串行数据B输出在转换后进入三态。完成一次转换需要32个时钟周期，耗时4µs。
• 模式III（M0 = 1，M1 = 0）：依次循环通过通道0和通道1，A0引脚被忽略，串行输出A和B均处于活动模式。
• 模式IV（M0 = 1，M1 = 1）：与模式II类似，仅使用串行A输出线传输数据，串行B输出在M1变为高电平后的第一次转换后进入三态。

三、实际应用考虑

（一）数据读取

在实际设计中，CONVST引脚和RD引脚通常连接在一起，若有需要也可分开。串行输出引脚（A和B）上的数据在RD上升沿后的第三个SCLK上升沿后变得有效，数据输出格式可参考相关表格。

（二）布局设计

为了实现ADS7861的最佳性能，电路板的物理布局至关重要。由于基本SAR架构对电源、参考电压、接地连接和数字输入上的毛刺或突然变化较为敏感，因此在设计时应确保电源干净且经过良好的旁路处理。建议在靠近器件的位置放置0.1µF陶瓷旁路电容，并使用1µF至10µF的电容进行进一步滤波。同时，应将GND引脚连接到干净的接地点，避免与微控制器或数字信号处理器的接地端过于靠近。

四、应用领域

ADS7861凭借其高性能和宽温度范围，适用于多种应用场景，如电机控制、多轴定位系统和三相电源控制等。在这些应用中，它能够准确地采集和转换模拟信号，为系统的稳定运行提供可靠的数据支持。

五、总结

ADS7861是一款功能强大、性能卓越的12位A/D转换器，具有高速采样、高精度、低功耗和宽温度范围等优点。在设计过程中，我们需要充分考虑其技术细节，合理选择转换模式和控制方式，并注重电路板的布局设计，以确保其在实际应用中发挥最佳性能。希望本文能够为电子工程师们在使用ADS7861进行设计时提供一些有价值的参考。

你在使用ADS7861的过程中遇到过哪些问题呢？或者你对它的应用有什么独特的见解？欢迎在评论区留言分享！