AD7386/AD7387/AD7388：高速SAR ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟 - 数字转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们来深入了解Analog Devices推出的AD7386/AD7387/AD7388系列4通道、4 MSPS、16位/14位/12位、双路同时采样SAR ADC。

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产品概述

AD7386/AD7387/AD7388是一系列高性能的SAR ADC，它们具有多种位数可选（16位、14位、12位），能够满足不同应用场景对分辨率的需求。这些ADC采用单端模拟输入，拥有4个通道和2:1多路复用器，支持通道序列器模式，最高吞吐量可达4 MSPS。

主要特性

• 高分辨率与高精度：提供16位、14位、12位三种分辨率选择，满足不同精度要求。INL（典型值）方面，AD7386为±1.5 LSB，AD7387为±0.5 LSB，AD7388为±0.2 LSB。
• 出色的动态性能：SNR（典型值）表现优秀，例如AD7386在(V{REF }=3.3 ~V)外部参考时可达87.5 dB，AD7387为84 dB，AD7388为73.8 dB。在(OSR =8)、(V{REF }=2.5 ~V)内部参考时，AD7386的SNR可达93 dB。
• 片上功能丰富：具备片上过采样功能，可提高动态范围和降低噪声；支持分辨率提升功能；拥有2.5 V内部参考，温度系数最大为10 ppm/°C；还具备警报功能。
• 宽温度范围：工作温度范围为−40°C至+125°C，适用于各种恶劣环境。
• 小封装设计：采用16引脚、3 mm × 3 mm LFCSP封装，节省电路板空间。

应用领域

该系列ADC适用于多种应用场景，包括但不限于：

• 电机控制：用于电机控制的位置反馈和电流传感，确保电机的精确控制。
• 声纳系统：为声纳设备提供高精度的信号采集，提高探测精度。
• 电力质量监测：实时监测电力系统的各项参数，保障电力供应的稳定性。
• 数据采集系统：广泛应用于各种数据采集场合，提供准确的数据转换。
• 掺铒光纤放大器（EDFA）：在光通信领域发挥重要作用，提升信号质量。
• 同相和正交解调：用于无线通信等领域，实现信号的准确解调。

工作原理

电路结构

AD7386/AD7387/AD7388包含两个SAR ADC、一个多路复用器、一个序列器和一个带有两个独立数据输出引脚的串行接口。它们采用16引脚LFCSP封装，相比其他解决方案具有显著的空间优势。

转换过程

ADC基于两个电容式DAC工作。在采集阶段，采样电容阵列获取输入信号；转换开始时，控制逻辑和电荷再分配DAC调整电容式DAC的电荷量，使比较器重新平衡，从而完成转换。

模拟输入结构

模拟输入结构包含两个用于ESD保护的二极管，以及电容和电阻元件。C1电容通常为3 pF，主要归因于引脚电容；R1电阻约为200 Ω；C2采样电容典型值为15 pF。

ADC传输函数

该系列ADC使用2.5 V至3.3 V的参考电压，将模拟输入电压转换为数字输出。转换结果为MSB优先的直二进制格式，LSB大小取决于分辨率和参考电压。

工作模式

通道选择

通过设置CONFIGURATION1寄存器中的CH位，可以选择要转换的ADC通道对（AINA0/AINB0或AINA1/AINB1）。如果通道发生变化，ADC需要额外的建立时间，通道切换时的最大吞吐量为2 MSPS。

序列器

可以通过CONFIGURATION1寄存器中的SEQ位配置序列器。当SEQ位设置为1时，序列器启用，自动循环通过AINx0和AINx1通道进行转换。同样，通道切换时需要额外的建立时间，最大吞吐量为2 MSPS。

过采样

AD7386/AD7387/AD7388提供两种过采样模式：正常平均过采样和滚动平均过采样。

• 正常平均过采样：适用于允许较慢输出数据速率且需要更高SNR或动态范围的应用。通过对多个样本进行求和并求平均值，减少量化噪声和热噪声。输出结果会根据不同型号进行降采样，如需更高分辨率，可配置RES位。
• 滚动平均过采样：适用于需要较高输出数据速率且需要更高SNR或动态范围的应用。使用FIFO缓冲区存储最近的样本，ADC吞吐量和输出数据速率保持不变。

分辨率提升

当片上过采样功能启用时，通过设置CONFIGURATION1寄存器中的RES位为1，可以将转换结果的分辨率提高2位。例如，AD7386的转换结果大小可从16位提升到18位。

警报功能

警报功能可作为超出范围的指示器。当转换结果超出ALERT_HIGH_THRESHOLD寄存器中的上限值或低于ALERT_LOW_THRESHOLD寄存器中的下限值时，会触发警报事件。通过配置相关寄存器，可以将警报信号输出到SDOB/ALERT引脚。

电源模式

该系列ADC有正常模式和掉电模式两种电源模式。可以通过CONFIGURATION1寄存器中的PMODE位进行配置。

• 正常模式：保持ADC全速运行，所有模块始终供电，可通过(overline{CS})的下降沿启动转换。不进行转换时，设备进入静态模式，功耗自动降低。
• 掉电模式：适用于需要较低吞吐量和功耗的应用。进入掉电模式后，模拟电路和内部参考（如果启用）将关闭，但串行接口仍保持活动，以便退出掉电模式。

接口与寄存器配置

接口

AD7386/AD7387/AD7388通过SPI接口进行通信，包括(overline{CS})、SCLK、SDOA、SDOB/ALERT和SDI引脚。(overline{CS})信号用于启动转换和帧定界，SCLK信号用于同步数据传输。

读取转换结果

转换结果在(overline{CS})的下降沿启动转换后，经过一个周期的延迟，可在下一次SPI访问时读取。转换结果通过SDOA和SDOB/ALERT引脚输出，输出位数取决于设备分辨率和配置。

寄存器配置

该系列ADC具有多个用户可编程的片上寄存器，用于配置设备的各种功能。例如，CONFIGURATION1寄存器用于设置通道选择、序列器、过采样模式、CRC功能等；CONFIGURATION2寄存器用于设置串行输出模式和复位功能。

应用注意事项

信号链连接

在实际应用中，需要对(VCC)、VLOGIC、REGCAP和REFIO引脚进行适当的去耦。模拟输入应放置差分RC滤波器，推荐电阻(R = 33 Omega)，电容(C = 330 pF)。同时，要注意数字接口的噪声问题，可通过缩短数字线路长度或在SDOA和SDOB/ALERT引脚附近串联100 Ω电阻来降低噪声。

电源供应

典型应用电路可由单个5 V电压源供电，通过LDO调节器为(VCC)和VLOGIC提供稳定的电源。外部参考应在(VCC)和VLOGIC施加后再接入，模拟和数字信号应在外部参考接入后再施加。

复位操作

该系列ADC有软复位和硬复位两种模式。软复位刷新接口和ADC模块，清除警报寄存器和过采样块；硬复位将所有用户寄存器恢复到默认状态，重置参考缓冲器和内部振荡器。

CRC功能

AD7386/AD7387/AD7388支持CRC校验功能，可提高接口的鲁棒性。可以独立选择SPI读和写操作的CRC功能，通过配置CONFIGURATION1寄存器中的CRC_W和CRC_R位来启用。

总结

AD7386/AD7387/AD7388系列SAR ADC以其高分辨率、出色的动态性能、丰富的片上功能和灵活的配置选项，为电子工程师提供了一个强大的工具。无论是在电机控制、声纳系统还是数据采集等领域，都能发挥重要作用。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置寄存器，注意信号链连接和电源供应等问题，以充分发挥这些ADC的性能优势。你在使用类似ADC时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。