深入剖析ADS7845：触摸屏幕控制器的卓越之选

在电子设备飞速发展的今天，触摸屏幕技术已经成为了众多设备不可或缺的一部分。而ADS7845作为一款专门的触摸屏幕控制器，以其出色的性能和丰富的特性，在市场上占据了重要的地位。今天，我们就来深入剖析一下这款器件。

文件下载：ads7845.pdf

一、ADS7845概述

ADS7845是一款12位采样的模数转换器（ADC），具备同步串行接口和低导通电阻开关，专为驱动触摸屏幕而设计。它采用单电源供电，电压范围为2V至5V，最高转换速率可达125kHz，还支持可编程的8位或12位分辨率，同时拥有辅助模拟输入和全功率关断控制功能。这些特性使得它在个人数字助理、便携式仪器、销售点终端、寻呼机和触摸屏显示器等众多应用场景中表现出色。

二、关键特性解析

（一）电气特性

ADS7845的电气特性十分出色。它的分辨率最高可达12位，能够提供高精度的转换结果。在模拟输入方面，全量程输入跨度为0 - (V{REF})，绝对输入范围为 - 0.2V至(V{REF}+0.2V)，输入电容为25pF，泄漏电流较小，正输入和负输入的泄漏电流分别为(V{REF})和(+V{CC}+0.2)时为25µA和0.1µA。噪声方面，噪声功率为30µVrms，电源抑制比可达70dB，能够有效减少外界干扰对转换结果的影响。

（二）开关驱动与采样动态特性

开关驱动和采样动态特性也是ADS7845的一大亮点。转换时间为3 - 12个时钟周期，采集时间为500个时钟周期，吞吐量速率最高可达125kHz，多路复用器建立时间为100ns，孔径延迟为100ns，孔径抖动为ps级别，通道间隔离度为dB级别。这些特性保证了它在高速转换和多通道切换时的稳定性和准确性。

（三）参考输入特性

参考输入范围为1V至(+V{CC})，电阻为5Ω，输入电流为13µA（(V{REF}=2.5V)，(f_{SAMPLE}=125kHz)）。需要注意的是，参考电压的变化会影响每个数字输出代码的模拟电压权重，即LSB大小。当参考电压降低时，A/D转换器固有的任何失调或增益误差在LSB大小方面会显得更大，因此在使用较低参考电压时，需要注意提供干净的布局和低噪声的电源、参考和输入信号。

（四）数字输入/输出特性

数字输入/输出方面，逻辑家族为CMOS，数据格式为直二进制。除PENIRQ外，逻辑电平(V{IH})、(V{IL})、(V{OH})、(V{OL})都有明确的规定。PENIRQ的(V_{OL})在特定条件下也有相应的要求。

（五）电源供应要求

电源供应要求方面，(+V{CC})的范围为2.7V至5.5V，静态电流在不同工作模式下有所不同，正常工作时为280µA，关机模式下（(DCLK = DIN = +V{CC})）为3µA，功耗在不同工作模式下也有相应的变化。

（六）温度范围

温度范围为 - 40°C至 + 85°C，能够适应较为恶劣的工作环境。

三、工作原理详解

（一）基本架构

ADS7845是一款经典的逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器，基于电容再分配架构，本身具备采样/保持功能，采用0.6µs CMOS工艺制造。它需要外部参考电压和外部时钟，单电源供电范围为2.0V至5.25V，外部参考电压范围为1V至(+V_{CC})，参考电压直接决定了转换器的输入范围。

（二）模拟输入

模拟输入通过WIPER输入提供。在测量模式下，通过不同的面板连接方式可以进行X和Y位置的测量。通过保持转换器的差分输入和差分参考架构，可以消除开关导通电阻误差。输入多路复用器和A/D转换器的差分输入以及差分参考之间的关系由控制位A2、A1、A0和SER/DFR决定。在采样期间，模拟源需要对内部采样电容（典型值为25pF）进行充电，充电完成后不再有输入电流。

（三）参考输入

参考输入的电压差决定了模拟输入范围。(V_{REF})输入的电压直接驱动电容数模转换器（CDAC）部分，输入电流会根据转换结果和转换速率、参考电压而变化。在开关驱动开启的测量中，需要注意参考电压的设置。在单端参考模式下，外部设备仅在采集期间供电；而在差分参考模式下，外部设备在采集和转换期间都需要供电，可能会增加功耗。

（四）数字接口

数字接口方面，每次通信由8个时钟周期组成，一次完整的转换需要24个时钟周期。控制字节通过DIN引脚串行提供，其中包含了控制位S、A2 - A0、MODE、SER/DFR、PD1 - PD0。这些控制位分别控制着转换的起始、通道选择、分辨率、参考模式和功率模式。

四、功耗与布局考虑

（一）功耗分析

ADS7845有全功率（(PD1 - PD0 = 11{B})）和自动功率关断（(PD1 - PD0 = 00{B})）两种主要功率模式。转换速率和DCLK频率的设置会影响两种模式下的功耗差异。此外，参考模式也会对功耗产生影响，差分参考模式在高转换速率下可能会显著增加功耗。

（二）布局建议

为了获得最佳性能，在布局时需要注意以下几点：

1. 电源要干净且有良好的旁路电容，0.1µF陶瓷旁路电容应尽量靠近器件，若(+V_{CC})与电源之间的连接阻抗较高，可能还需要1µF至10µF的电容。
2. 参考电压同样需要用0.1µF电容旁路，若参考电压来自运算放大器，要确保其能驱动旁路电容而不产生振荡。
3. GND引脚应连接到干净的接地点，避免靠近微控制器或数字信号处理器的接地点，理想情况下应设置专用的模拟接地平面。
4. 与电阻式触摸屏连接时，连接应尽量短且牢固，以减少误差。

五、PENIRQ输出功能

PENIRQ输出功能通过连接上拉电阻到(V_{CC})（典型值为100kΩ）使其输出为高电平。在电源关断模式下（(PD0 = PD1 = 0)），右下角面板连接到GND，PENIRQ输出连接到WIPER输入。当面板被触摸时，PENIRQ输出变低，触发处理器中断。在X和Y位置测量周期内，PENIRQ输出二极管会内部连接到GND，WIPER与PENIRQ二极管断开，以消除上拉电阻的泄漏电流。

六、总结

ADS7845作为一款优秀的触摸屏幕控制器，凭借其高精度、低功耗、高速转换等特性，在触摸屏幕应用领域具有很强的竞争力。在实际设计中，我们需要充分考虑其电气特性、工作原理、功耗和布局等方面的因素，以确保其性能的充分发挥。各位工程师在使用过程中，是否也遇到过一些独特的问题或者有一些巧妙的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。