解析AD7890：8通道12位串行数据采集系统

在电子设计领域，数据采集系统的性能对于整个系统的稳定性和准确性起着至关重要的作用。今天我们要深入探讨的是Analog Devices公司的AD7890，一款8通道12位串行数据采集系统，看看它有哪些独特的特性和优势。

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一、AD7890的特性亮点

1. 高速12位ADC

AD7890配备了快速的12位ADC，转换时间仅为5.9 μs，能够快速准确地将模拟信号转换为数字信号，满足高速数据采集的需求。

2. 多通道输入

它拥有八个单端模拟输入通道，为用户提供了丰富的信号采集选择。同时，还支持不同的输入范围，如AD7890 - 10的±10 V、AD7890 - 4的0 V至4.096 V以及AD7890 - 2的0 V至2.5 V，可适应多种不同的应用场景。

3. 独立访问多路复用器和ADC

这一特性允许用户在多路复用器和ADC之间插入抗混叠滤波器或信号调理电路。这样一来，一个抗混叠滤波器就可以用于所有八个通道，大大节省了成本和电路板空间。

4. 片上功能丰富

片上集成了跟踪/保持放大器、参考源和高速串行接口。跟踪/保持放大器能够在转换过程中保持输入信号的稳定，参考源为ADC提供了稳定的参考电压，而高速串行接口则方便与微控制器和数字信号处理器进行连接。

5. 低功耗设计

AD7890采用单电源供电，正常模式下的功耗较低，典型值为30 mW，最大为50 mW。此外，它还具备掉电模式，典型功耗仅为75 μW，能够有效降低系统的整体功耗。

二、AD7890的工作原理

1. 整体架构

AD7890包含输入多路复用器、片上跟踪/保持放大器、高速12位ADC、2.5 V参考源和高速串行接口。它通过单5 V电源供电，能够处理不同范围的模拟输入信号。

2. 多路复用器操作

多路复用器可独立访问，用户可以根据需要在多路复用器和ADC之间添加抗混叠滤波器或信号调理电路。通过连接外部电容，用户可以调整多路复用器的稳定时间，以适应滤波器或信号调理电路中的外部延迟。

3. 数据输出

AD7890通过高速双向串行接口端口提供输出数据。片上控制寄存器允许通过串行端口控制通道选择、转换启动和掉电操作。其灵活的高速逻辑确保了与微控制器和数字信号处理器的串行端口轻松接口。

三、性能指标

1. 动态性能

在使用外部CONVST信号时，对于任何通道，信号与（噪声 + 失真）比（SINAD）最小值为70 dB（fIN = 10 kHz正弦波，fSAMPLE = 100 kHz），总谐波失真（THD）最大值为 - 77 dB，峰值谐波或杂散噪声最大值为 - 78 dB，二阶互调失真典型值为 - 80 dB（fa = 9 kHz，fb = 9.5 kHz，fSAMPLE = 100 kHz），通道间隔离度（三阶项）最大值为 - 80 dB（fIN = 1 kHz正弦波）。

2. 直流精度

分辨率为12位，相对精度最大为±1 LSB（A和S版本）或±0.5 LSB（B版本），差分非线性最大为±1 LSB，正满量程误差最大为±2.5 LSB，满量程误差匹配最大为2 LSB。

3. 模拟输入

不同型号的AD7890具有不同的输入电压范围和输入电阻。例如，AD7890 - 10的输入电压范围为±10 V，输入电阻最小为20 kΩ；AD7890 - 4的输入电压范围为0至4.096 V，输入电阻最小为11 kΩ；AD7890 - 2的输入电压范围为0至2.5 V，输入电流最大为200 nA。

4. 参考输出/输入

参考输入电压范围为2.375/2.625 V，输入阻抗最小为1.6 kΩ，输入电容最大为10 pF。参考输出电压标称值为2.5 V，25°C时的参考输出误差最大为±10 mV，参考输出温度系数典型值为±20 ppm/°C（A和S版本）或±25 ppm/°C（B版本），参考输出阻抗标称值为2 kΩ。

5. 逻辑输入/输出

逻辑输入高电压最小值为2.4 V，低电压最大值为0.8 V，输入电流最大为±10 μA，输入电容最大为10 pF。逻辑输出高电压最小值为4.0 V（ISOURCE = 200 μA），低电压最大值为0.4 V（ISINK = 1.6 mA）。

6. 转换速率

转换时间最大为5.9 μs（fCLK IN = 2.5 MHz，MUX OUT连接到SHA IN），跟踪/保持采集时间最大为2 μs。

7. 电源要求

电源电压标称值为5 V，允许±5%的波动。正常模式下的电流最大为10 mA，待机模式下的电流典型值为15 μA（25°C）。正常模式下的功耗最大为50 mW，典型值为30 mW；待机模式下的功耗典型值为75 μW（25°C）。

四、引脚配置和功能描述

1. 引脚配置

AD7890采用24引脚封装，包括模拟地（AGND）、数字地（DGND）、电源（VDD）、时钟输入（CLK IN）、串行时钟（SCLK）、转换启动（CONVST）等引脚。

2. 功能描述

• SMODE：控制输入，决定器件工作在外部时钟（从模式）还是自时钟（主模式）串行模式。
• CEXT：外部电容引脚，用于确定内部脉冲的长度。
• CONVST：转换启动输入，上升沿触发，启动转换过程。
• CLK IN：时钟输入，为转换序列提供时钟源。
• SCLK：串行时钟输入/输出，用于加载串行数据到控制寄存器和从输出寄存器访问数据。
• TFS：发送帧同步脉冲，低电平有效。
• RFS：接收帧同步脉冲，在外部时钟模式下为输入，自时钟模式下为输出。
• DATA OUT：串行数据输出，提供16位串行数据。
• DATA IN：串行数据输入，用于加载数据到控制寄存器。
• MUX OUT：多路复用器输出，输出电压范围为0至2.5 V。
• SHA IN：跟踪/保持输入，输入电压范围为0至2.5 V。
• VIN1 - VIN8：单端模拟输入通道，不同型号的输入电压范围不同。
• REF OUT/REF IN：电压参考输出/输入，可使用内部参考或外部参考源。

五、应用与注意事项

1. 应用场景

AD7890适用于各种需要多通道数据采集的应用，如工业自动化、仪器仪表、医疗设备等。其高速转换和低功耗特性使其在这些领域具有很大的优势。

2. 注意事项

• ESD防护：AD7890是静电放电（ESD）敏感器件，在操作过程中需要采取适当的ESD防护措施，以避免性能下降或功能丧失。
• 电源稳定性：为了确保AD7890的正常工作，需要提供稳定的电源，电源电压的波动应控制在±5%以内。
• 抗混叠滤波器：在使用多路复用器和ADC之间的抗混叠滤波器时，需要根据实际应用选择合适的滤波器参数，以确保信号的准确性。

AD7890作为一款高性能的8通道12位串行数据采集系统，具有高速、低功耗、多通道等诸多优点。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求合理选择和使用AD7890，以实现高效、准确的数据采集。大家在使用AD7890的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。