AD4693/AD4694：八通道、易驱动的SAR ADC芯片

在电子设计领域，ADC（模拟 - 数字转换器）是连接现实世界模拟信号与数字系统的关键桥梁。今天我们要深入探讨的是Analog Devices推出的AD4693/AD4694，这两款芯片是8通道、16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，专为高密度多通道精密数据采集解决方案而优化。

文件下载：AD4693.pdf

一、特性亮点

1. 易驱动特性

传统的多路复用SAR ADC通常在模拟输入上表现出较大的电荷和电压瞬变，需要为每个通道添加高速、低噪声且功耗大的ADC驱动放大器。而AD4693/AD4694具备易驱动特性，显著降低了对高带宽ADC驱动放大器和参考缓冲器的依赖。其模拟输入预充电缓冲器可将多路复用SAR ADC典型的输入瞬变降低几个数量级，使芯片能够直接与更高阻抗和更低带宽的传感器或放大器接口，同时减少了前端放大器的不稳定性问题和功耗。

2. 高性能指标

• 采样率：AD4693的采样率为500kSPS，AD4694则高达1MSPS，能满足不同应用场景对数据采集速度的需求。
• 精度：保证16位分辨率，无失码，积分非线性误差（INL）最大为±0.85 LSB，差分非线性误差（DNL）最大为±0.65 LSB，确保了高精度的数据转换。
• 动态性能：典型的SINAD（信噪失真比）为93dB（(f_{IN}=1kHz)），展现出良好的动态性能。

3. 低功耗设计

在(f{S}=1MSPS)时功耗为14.6mW，(f{S}=500kSPS)时功耗为7.3mW，适合对功耗敏感的应用场景，如电池供电设备。

4. 灵活的数字功能

• 每通道平均滤波器：为每个通道提供片上噪声滤波，提高测量分辨率和动态范围，且各通道相互独立，可实现交错通道采样，减少采样盲区，提高多通道测量的准确性。
• 可定制通道序列器：支持标准和高级两种测序模式，标准模式适用于所有通道具有相同采样率和平均比的简单序列；高级模式则允许完全自定义通道顺序，实现每个通道不同的采样率和抽取率。
• 自主和突发采样模式：允许固件预配置通道采样序列，以最小的数字开销执行转换，减少了ADC操作的开销，使低功耗数字主机有更多时间处于睡眠模式。
• 4线SPI接口：与1.2V和1.8V逻辑兼容，方便与各种数字主机进行通信。

二、工作原理

1. 转换过程

AD4693/AD4694的转换过程包括采集、转换和预充电三个阶段。在采集阶段，多路复用器将活动通道连接到ADC采样电容(C{SH})以跟踪输入信号；转换阶段开始时，多路复用器开关打开，采样输入信号，SAR ADC核心生成相应的16位数字输出；预充电阶段在转换阶段之后、下一个采集阶段之前进行，(C{SH})被驱动到下一个要采集通道的电压，从而显著减少采集开始时的电荷和电压瞬变。

2. 通道序列器

通道序列器控制多路复用器开关，在每次ADC转换后更新活动通道。标准测序模式按升序扫描预编程的启用通道；高级测序模式则允许完全自定义通道顺序，每个通道可以有不同的采样率和平均比。

3. 平均滤波器

每个通道都有独立的平均滤波器，包括累加器和除法（右移）块。累加器计算来自相应输入通道的ADC样本的运行总和，除法块将24位总和右移以缩放到16位平均值。用户可以通过设置累加器深度来配置平均比，支持SPI读取原始24位累加器输出或16位平均输出。

三、应用场景

1. 光学功率监测

在光学系统中，需要高精度地测量光功率。AD4693/AD4694的高精度和低噪声特性使其能够准确地采集光信号转换后的模拟电压，为光学功率的监测提供可靠的数据。

2. 医疗仪器

医疗设备对数据采集的精度和可靠性要求极高。AD4693/AD4694的高精度和多通道特性可以满足医疗仪器对多个生理信号（如心电、脑电等）同时采集的需求，为医疗诊断提供准确的数据支持。

3. 电子测试与测量

在电子测试与测量领域，需要对各种模拟信号进行精确测量。AD4693/AD4694的高采样率和高精度能够满足快速、准确采集信号的要求，可用于示波器、频谱分析仪等测试设备。

4. 自动化测试设备

自动化测试设备需要高效、准确地采集大量数据。AD4693/AD4694的自主和突发采样模式可以提高数据采集效率，减少测试时间，同时其灵活的通道配置和平均滤波功能可以满足不同测试需求。

5. 电池供电设备

由于AD4693/AD4694具有低功耗特性，非常适合电池供电设备。在保证数据采集精度的同时，能够延长设备的续航时间，如便携式医疗设备、无线传感器节点等。

四、使用注意事项

1. 电源供应

AD4693/AD4694有四个电源域：AVDD（模拟电源）、VDD（ADC核心电源）、VIO（数字接口逻辑电源）和LDO_IN（内部LDO调节器输入）。需要注意各电源的电压范围和去耦要求，以确保芯片的稳定工作。

2. 通道配置

在使用通道序列器时，要正确配置通道的启用和禁用状态，避免出现锁定条件。同时，在使用DRDY（数据就绪）信号时，要正确设置累加器掩码位，确保所有包含在序列中的通道都被解掩码，排除的通道都被掩码。

3. 布局设计

在PCB布局时，模拟迹线（连接到模拟输入和参考输入）应与数字迹线（连接到CNV输入、SPI和通用引脚）物理分离，以减少交叉耦合。同时，要在模拟和数字迹线之间添加接地填充，避免数字迹线跨越模拟迹线或AD4693/AD4694设备而没有接地平面层隔离。

五、总结

AD4693/AD4694凭借其易驱动特性、高性能指标、低功耗设计和灵活的数字功能，为多通道精密数据采集提供了一个优秀的解决方案。无论是在光学、医疗、测试测量还是电池供电设备等领域，都能发挥其优势，帮助工程师设计出更高效、更精确的电子系统。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置芯片的各项参数，并注意电源供应、通道配置和布局设计等方面的问题，以充分发挥AD4693/AD4694的性能。你在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。