深入剖析ADS7843：一款出色的触摸屏控制器

一、引言

在当今的电子设备中，触摸屏的应用越来越广泛，从个人数字助理到销售终端，触摸屏为用户带来了便捷的交互体验。而ADS7843作为一款专门用于触摸屏控制的12位采样模数转换器（ADC），在其中发挥着重要作用。本文将对ADS7843进行详细的剖析，包括其特性、应用、工作原理、电气特性等方面，希望能为电子工程师们在设计相关产品时提供有价值的参考。

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二、ADS7843的特性与应用

2.1 特性

• 接口与分辨率：具备4线触摸屏接口，支持比例转换，采用单电源供电，电压范围为2.7V至5V。拥有高达125kHz的转换速率，通过串行接口进行通信，可实现可编程的8位或12位分辨率，还配备2个辅助模拟输入，并且支持全功率关断控制。
• 低功耗与高速：在125kHz吞吐量速率和+2.7V电源下，典型功耗仅为750µW，还设有关机模式，可将典型功耗降低至0.5µW以下。这种低功耗、高速度的特点，使其非常适合电池供电的系统。
• 封装与温度范围：采用SSOP - 16封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，能适应较为恶劣的环境。

2.2 应用

ADS7843的应用场景十分广泛，涵盖了个人数字助理、便携式仪器、销售终端、寻呼机以及触摸屏显示器等领域。在这些设备中，它能够准确地将触摸信号转换为数字信号，实现用户与设备的交互。

三、工作原理

3.1 基本架构

ADS7843是一款经典的逐次逼近寄存器（SAR）ADC，基于电容重新分配架构，本身包含采样保持功能，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2.7V至5.25V，外部参考电压可以在1V至 + VCC之间变化，参考电压的大小直接决定了转换器的输入范围。

3.2 模拟输入

模拟输入通过一个四通道多路复用器提供。独特的低导通电阻开关配置，使得未选中的ADC输入通道可以为外部设备提供电源，相应的引脚可以提供接地。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。 在转换器进入保持模式时，+IN和 - IN输入之间的电压差会被内部电容阵列捕获。模拟输入的输入电流取决于设备的转换速率，在采样期间，源必须为内部采样电容（典型值为25pF）充电，充电完成后，不再有输入电流。

3.3 参考输入

+REF和 - REF之间的电压差决定了模拟输入范围，ADS7843的参考电压范围为1V至 + VCC。随着参考电压的降低，每个数字输出代码的模拟电压权重也会降低，即LSB（最低有效位）尺寸变小。同时，ADC固有的任何偏移或增益误差在LSB尺寸方面会显得更大。 VREF输入的电压没有缓冲，直接驱动ADS7843的电容数模转换器（CDAC）部分。参考电流会随着转换速率和参考电压的降低而直接减小。

3.4 数字接口

ADS7843的数字接口典型操作由处理器与转换器之间的串行通信实现，每次通信包含八个时钟周期，一次完整的转换需要三次串行通信，共24个时钟周期。 控制字节通过DIN引脚提供，其中第一位（S位）必须始终为高，表示控制字节的开始。接下来的三位（A2 - A0）选择输入多路复用器的活动输入通道，MODE位决定每次转换的位数（12位或8位），SER/DFR位控制参考模式（单端或差分），最后两位（PD1 - PD0）选择掉电模式。

四、电气特性

在特定的测试条件下（TA = - 40°C至 + 85°C，+VCC = + 2.7V，VREF = + 2.5V，fSAMPLE = 125kHz，fCLK = 16·fSAMPLE = 2MHz，12位模式，数字输入 = GND或 + VCC），ADS7843展现出了一系列优秀的电气特性：

• 模拟输入：满量程输入跨度为0至VREF，绝对输入范围电容为25pF，泄漏电流为0.1µA。
• 系统性能：分辨率为12位，无丢失代码，积分线性误差为±2 LSB，偏移误差和增益误差都在一定范围内。
• 采样动态：转换时间为3至12个时钟周期，采集时间为500个时钟周期，吞吐量速率为100kHz，多路复用器建立时间为100个时钟周期等。
• 开关驱动器：Y +、X +的导通电阻为5Ω，Y -、X -的导通电阻为6Ω。
• 参考输入：范围为1.0V至 + VCC，电阻为5GΩ，输入电流为13µA。
• 数字输入/输出：逻辑家族为CMOS，逻辑电平符合特定要求，数据格式为直二进制。
• 电源要求：+VCC静态电流在不同模式下有所不同，功率耗散也与工作模式和转换速率有关。

五、功耗与布局考虑

5.1 功耗

ADS7843有全功率（PD1 - PD0 = 11B）和自动掉电（PD1 - PD0 = 00B）两种主要功率模式。当转换速率较高时，两种模式的功耗差异不大；但当DCLK频率保持在最大速率，而转换次数减少时，自动掉电模式的功耗优势明显。 此外，转换器的参考模式也会影响功耗。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，若转换速率高，会显著增加功耗。

5.2 布局

为了使ADS7843获得最佳性能，在布局时需要注意以下几点：

• 电源与旁路：为ADS7843提供干净且经过良好旁路的电源，在靠近设备处放置0.1µF陶瓷旁路电容，若 + VCC与电源之间的连接阻抗高，还需使用1µF至10µF的电容。
• 参考电压：参考电压也需要用0.1µF电容进行旁路，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。
• 接地：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，必要时可直接从转换器连接接地走线到电源入口或电池连接点。
• 触摸屏连接：在与电阻式触摸屏连接时，连接应尽可能短且牢固，以减少误差。

六、总结

ADS7843以其丰富的特性、优秀的性能和广泛的应用场景，成为了触摸屏控制领域的一款优秀产品。电子工程师们在设计相关产品时，需要充分了解其工作原理、电气特性、功耗和布局要求，以确保产品的稳定性和可靠性。同时，在实际应用中，还需要根据具体需求进行合理的参数配置和优化，以达到最佳的性能表现。大家在使用ADS7843的过程中，是否也遇到过一些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享交流。