AD7173 - 8：高性能低功耗24位ADC的深度解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们要深入探讨一款备受关注的ADC——AD7173 - 8，它以其低功耗、高集成度和出色的性能，在众多应用场景中展现出强大的优势。

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一、AD7173 - 8概述

AD7173 - 8是一款低功耗、8/16通道、高度集成的Sigma - Delta ADC。它具备诸多特性，如集成了精密模拟输入缓冲器和参考输入缓冲器、2.5V精密参考（3.5 ppm/°C）、交叉点多路复用器（可实现系统诊断）等。其输出速率灵活，从1.25 SPS到31.25 kSPS，能满足不同应用对数据采集速度的要求。

1.1 性能指标

• 分辨率：在31.25 kSPS时，可实现17.5位无噪声位；在1.25 SPS时，能达到24位无噪声位。
• 线性度：积分非线性（INL）为±3 ppm/FSR（2.5V参考）。
• 抑制能力：对50 Hz和60 Hz的抑制能力可达85 dB（50 ms建立时间）。

1.2 电源与接口

• 电源：可采用3.3V或5V单电源供电，也支持可选的分离电源。
• 接口：具备3/4线串行数字接口，与SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP兼容，还支持CRC错误检查。

1.3 应用领域

广泛应用于过程控制（PLC/DCS模块）、电压、电流、温度和压力测量、流量计、医疗和科学多通道仪器、地震仪器、化学分析仪器（色谱法）等领域。

二、功能特性详解

2.1 模拟输入与参考

• 缓冲模拟输入：集成了精密单位增益缓冲器，提供高输入阻抗，能充分驱动内部ADC开关电容采样网络。输入信号范围为AVSS到AVDD1 - 1.1V（缓冲器启用时）。
• 参考选项：用户可选择外部参考或内部2.5V低噪声、低漂移参考。通过设置REF_SELx位选择参考源，默认上电使用外部参考。

2.2 时钟源

AD7173 - 8需要2 MHz的主时钟，可使用内部振荡器、外部晶体（16 MHz晶体，内部自动分频为2 MHz）或外部时钟源。默认上电使用内部振荡器，精度为±2.5%。

2.3 数字滤波器

提供三种灵活的滤波器选项：

• Sinc5 + sinc1滤波器：适用于快速切换的多路复用应用，在2.6 kSPS及以下输出速率可实现单周期建立。
• Sinc3滤波器：在较低速率下实现最佳单通道噪声性能，所有启用通道需使用相同输出数据速率。
• 增强型50 Hz和60 Hz抑制滤波器：可同时抑制50 Hz和60 Hz干扰，通过对sinc5 + sinc1滤波器输出进行后滤波实现。

2.4 操作模式

• 连续转换模式：默认上电模式，ADC连续转换，RDY位在每次转换完成时变低。
• 连续读取模式：无需先写入通信寄存器，DOUT/RDY变低后施加所需SCLK读取数据，数据只能读取一次。
• 单转换模式：执行一次转换后进入待机模式，DOUT/RDY变低表示转换完成。
• 待机和掉电模式：待机模式下大部分模块掉电，LDO保持活跃；掉电模式下所有模块掉电，寄存器内容丢失。
• 校准模式：提供内部零刻度校准、系统零刻度校准和系统满刻度校准三种模式，可消除偏移和增益误差。

2.5 集成功能

• 通用I/O：有两个通用数字输入/输出引脚（GPIO0、GPIO1）和两个通用数字输出引脚（GPO2、GPO3），可配置为输入或输出。
• 外部多路复用器控制：可通过GPIO和GPO引脚控制外部多路复用器，实现通道切换同步。
• 延迟功能：使用sinc5 + sinc1滤波器时可插入可编程延迟，允许外部放大器或多路复用器稳定。
• 16位/24位转换：默认生成24位转换，可通过设置WL16位将转换宽度减少到16位。
• 串行接口复位：可通过设置DOUT_RESET位控制接口复位时机。
• 同步功能：SYNC引脚可用于复位调制器和数字滤波器，实现多设备同步。
• 错误标志：状态寄存器包含ADC_ERROR、CRC_ERROR和REG_ERROR三个错误位，ERROR引脚可指示错误发生。

三、配置与使用

3.1 电源供应

AD7173 - 8有AVDD1、AVDD2和IOVDD三个独立电源引脚，无特定电源顺序要求。可采用单电源或分离电源供电，使用分离电源时需考虑绝对最大额定值。

3.2 数字通信

采用3线或4线SPI接口，兼容QSPI、MICROWIRE和DSP。接口工作在SPI模式3，SCLK空闲时为高电平，下降沿驱动数据，上升沿采样数据。

3.3 寄存器配置

通过通信寄存器控制对ADC寄存器映射的访问，不同寄存器控制不同功能，如通道配置、设置配置、ADC模式和接口模式等。用户可根据需求灵活配置寄存器，实现不同的功能和性能。

四、设计注意事项

4.1 接地与布局

由于AD7173 - 8分辨率高、噪声低，在设计PCB时需注意模拟和数字部分的分离，采用最小蚀刻技术的接地平面，避免数字线路在器件下方布线，确保电源线路宽以降低阻抗，对电源引脚进行良好的去耦。

4.2 校准与误差补偿

使用校准模式可消除偏移和增益误差，提高测量精度。在更换参考源或进行高精度测量时，需重新进行校准。

五、总结

AD7173 - 8以其丰富的功能、出色的性能和高度的集成度，为电子工程师提供了一个强大的模数转换解决方案。在实际应用中，合理配置和使用该ADC，结合良好的设计和布局，能充分发挥其优势，满足各种复杂的测量和控制需求。你在使用AD7173 - 8过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。