深入解析ADS7862：高速低功耗12位A/D转换器的卓越之选

 

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，我们就来详细探讨一下德州仪器（Texas Instruments）的ADS7862，这是一款高速、低功耗的双12位A/D转换器，在众多应用场景中都有着出色的表现。

文件下载：ads7862.pdf

一、产品概述

ADS7862是一款双12位、500kHz的模拟 - 数字转换器（A/D），具有4个全差分输入通道，分为两对，可实现高速同步信号采集。其输入到采样保持放大器是全差分的，并保持到A/D转换器输入的差分特性，在50kHz时提供80dB的出色共模抑制比，这在高噪声环境中尤为重要。该转换器提供并行接口和控制输入，以减少软件开销，每个通道的输出数据为12位字。它采用TQFP - 32封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

二、产品特性

2.1 高性能指标

• 分辨率：12位分辨率，能够提供较为精确的数字输出。
• 采样率：有效采样率可达1MHz，每个通道总吞吐量为2µs。
• 低功耗：功耗仅为40mW，适合对功耗要求较高的应用场景。
• 无丢失码：保证了转换结果的准确性和可靠性。

2.2 输入特性

• 全差分输入：4个全差分输入通道，能有效抑制共模噪声。
• 输入范围：模拟输入电压范围为 - VREF至 + VREF，以内部 + 2.5V参考电压为中心。

2.3 接口特性

• 并行接口：提供并行接口和控制输入，便于与其他设备连接，减少软件开销。

三、应用领域

ADS7862适用于多种应用场景，如电机控制、多轴定位系统和三相功率控制等。在这些应用中，其高速同步采样和高精度转换的特性能够满足对信号实时采集和处理的要求。

四、技术细节分析

4.1 参考电压

ADS7862的内部参考电压为 + 2.5V，通过将REF_OUT引脚（引脚2）直接连接到REF_IN引脚（引脚1），可为芯片提供内部参考电压。同时，该芯片也支持使用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。内部参考是双缓冲的，若使用内部参考驱动外部负载，参考和负载之间有缓冲，典型可提供2mA电流，负载电容不超过100pF；若使用外部参考，第二个缓冲提供外部参考和CDAC之间的隔离，并在转换期间为CDAC的所有电容充电。

4.2 模拟输入

模拟输入为双极性和全差分，驱动方式有单端和差分两种。单端输入时， - IN输入保持在共模电压， + IN输入围绕相同共模电压摆动，峰 - 峰幅度为（共模 + VREF）和（共模 - VREF），VREF的值决定共模电压的变化范围。差分输入时，输入幅度为 + IN和 - IN输入之差，每个输入的峰 - 峰幅度为 ± 1 / 2 VREF围绕共模电压，由于输入相位相差180°，差分电压的峰 - 峰幅度为 - VREF至 + VREF。转换通过将CONVST引脚拉低至少15ns来启动，此时两个采样保持放大器同时进入保持状态，转换过程在两个通道同时开始，BUSY输出变高并在转换周期内保持高电平。

4.3 采样保持部分

采样保持放大器使A/D能够将满量程幅度的输入正弦波准确转换为12位精度。即使A/D以500kHz的最大吞吐量速率运行，采样保持的输入带宽也大于A/D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。典型孔径延迟时间（即CONVST脉冲后从采样模式切换到保持模式所需的时间）为3.5ns，重复孔径延迟值的平均差值（即孔径抖动）典型为50ps，这保证了ADS7862能在同一时刻准确捕获交流输入信号。

4.4 噪声性能

通过对直流输入进行8000次转换后的直方图分析，显示了ADS7862出色的噪声性能。在大多数转换中，输出代码结果一致，仅有一次转换出现了微小偏差。

4.5 双极性输入

ADS7862的差分输入设计用于接受围绕内部参考电压（2.5V）的双极性输入（ - VREF和 + VREF），对应0V至5V的输入范围（2.5V参考）。通过一个简单的运算放大器电路，使用一个放大器和四个外部电阻，可将ADS7862配置为接受常规的 ± 2.5V、 ± 5V和 ± 10V输入范围。

4.6 时序和控制

ADS7862使用外部时钟（CLOCK引脚19）控制CDAC的转换速率。8MHz外部时钟时，A/D采样率为500kHz，对应最大吞吐量时间为2µs。转换模式、基本读写功能以及启动转换等操作都有明确的时序要求，详细的时序图和说明有助于工程师准确设计和调试电路。例如，CONVST引脚拉低至少5ns后可拉高，ADS7862在CONVST命令下降沿从采样模式切换到保持模式，外部时钟第一个上升沿后开始转换，A0输入需在CONVST引脚拉低前250ns选定，BUSY输出在CONVST拉低后立即变高，转换结束后变低。

五、布局注意事项

为了实现ADS7862的最佳性能，物理布局至关重要，特别是当CLOCK输入接近最大吞吐量速率时。基本的逐次逼近寄存器（SAR）架构对电源、参考、接地连接和数字输入上的毛刺或突然变化很敏感，这些变化可能会影响模拟比较器输出锁存前的转换结果。因此，为ADS7862供电应干净且有良好的旁路，在靠近器件处放置0.1µF陶瓷旁路电容，还可推荐使用1µF至10µF电容，必要时使用更大电容和5Ω或10Ω串联电阻对噪声电源进行低通滤波。AGND和DGND引脚应连接到干净的接地点，理想布局应包括专门用于转换器和相关模拟电路的模拟接地平面。

六、总结

ADS7862以其高速、低功耗、高精度和出色的抗干扰能力，成为电子工程师在设计中值得考虑的A/D转换器之一。通过深入了解其特性、技术细节和布局要求，工程师可以更好地发挥该芯片的性能，满足不同应用场景的需求。在实际应用中，你是否遇到过类似A/D转换器的使用问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。