高速低功耗ADC：AD7273/AD7274的技术剖析与应用指南

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，我们来深入了解Analog Devices推出的两款高性能ADC——AD7273和AD7274，它们在高速、低功耗方面表现出色，能满足众多应用场景的需求。

文件下载：AD7273.pdf

产品概述

AD7273和AD7274分别是10位和12位的高速、低功耗逐次逼近型ADC。它们采用单电源供电，电压范围为2.35V至3.6V，最高吞吐量可达3 MSPS。这两款ADC内部集成了低噪声、宽带宽的跟踪保持放大器，能够处理超过55 MHz的输入频率。

主要特性

1. 高吞吐量与低功耗：在3 MSPS的吞吐量下，3V供电时功耗仅为11.4 mW，有效平衡了性能与功耗。
2. 宽输入带宽：在1 MHz输入频率下，SNR可达70 dB，保证了信号转换的质量。
3. 灵活的电源/串行时钟速度管理：可根据实际需求调整，在低吞吐量时实现最大的电源效率。
4. 无流水线延迟：确保数据实时处理，提高系统响应速度。
5. 高速串行接口：兼容SPI®、QSPI™、MICROWIRE™和DSP，方便与各种微处理器或DSP进行接口。
6. 宽温度范围：工作温度范围为 -40°C至 +125°C，适应不同的应用环境。
7. 低功耗模式：掉电模式下典型电流仅为0.1 μA，进一步降低功耗。
8. 小巧封装：提供8引脚TSOT和8引脚MSOP两种封装，节省电路板空间。

技术规格

动态性能

在1 MHz正弦波输入下，AD7274的信号噪声失真比（SINAD）最小为68 dB，信噪比（SNR）为69.5 dB，总谐波失真（THD）最大为 -78 dB；AD7273的SINAD最小为61 dB，THD最大为 -72 dB。这些指标表明它们在处理高频信号时具有良好的性能。

直流精度

两款ADC的积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）都控制在较小范围内，保证了转换结果的准确性。AD7274的INL最大为±1 LSB，DNL最大为±1 LSB；AD7273的INL最大为±0.5 LSB，DNL最大为±0.5 LSB。

模拟输入

输入电压范围为0至VREF，直流泄漏电流在不同温度范围内有所不同。在 -40°C至 +85°C时，最大为±1 μA；在85°C至125°C时，最大为±5.5 μA。

参考输入

外部参考电压范围为1.4 V至VDD，输入电容在跟踪模式下典型值为42 pF，保持模式下典型值为10 pF。

逻辑输入输出

逻辑输入高电压（VINH）和低电压（VINL）根据电源电压不同有所变化，输入电流最大为±1 μA，输入电容最大为2 pF。逻辑输出高电压（VOH）最小为VDD - 0.2 V，低电压（VOL）最大为0.2 V。

转换速率

AD7274的转换时间最大为291 ns（14个SCLK周期，SCLK为48 MHz），AD7273的转换时间最大为250 ns（12个SCLK周期，SCLK为48 MHz）。两款ADC的最大吞吐量均可达3 MSPS。

电源要求

电源电压范围为2.35/3.6 V（最小/最大），正常模式下静态电流和工作电流根据不同条件有所差异。部分掉电模式和完全掉电模式下的电流更小，以实现低功耗。

工作原理

AD7273/AD7274基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。在采集阶段，采样电容获取输入信号；转换开始时，通过控制逻辑和电荷再分配DAC调整采样电容上的电荷量，使比较器重新平衡，完成转换。

操作模式

正常模式

适用于需要最快吞吐量的应用。在此模式下，AD7273/AD7274始终保持全功率运行，无需担心上电时间。转换在CS信号的下降沿启动，为确保始终全功率运行，CS必须在下降沿后至少10个SCLK下降沿保持低电平。

部分掉电模式

适用于对吞吐量要求较低的应用。通过在SCLK的第二个和第10个下降沿之间将CS置高，可进入部分掉电模式，此时除偏置生成电路外，所有模拟电路均断电。退出此模式需进行一次虚拟转换。

完全掉电模式

适用于吞吐量要求更低的应用。先进入部分掉电模式，然后在下次转换周期中，在第10个SCLK下降沿之前将CS置高，即可进入完全掉电模式。退出时同样需要进行虚拟转换，并等待约1 μs的上电时间。

串行接口

串行时钟（SCLK）提供转换时钟并控制数据传输。CS信号启动数据传输和转换过程，下降沿将跟踪保持器置于保持模式并使总线退出三态，同时采样模拟输入并启动转换。

对于AD7274，完成转换需要14个SCLK周期；对于AD7273，需要12个SCLK周期。如果在规定的SCLK周期数之前CS上升，转换将终止，SDATA线返回三态。

应用提示

接地与布局

PCB设计应将模拟和数字部分分开，使用接地平面进行屏蔽。所有AGND引脚应连接到AGND平面，数字和模拟接地平面应在一处连接。避免在器件下方铺设数字线路，电源线路应使用大走线以降低阻抗。

性能评估

推荐使用评估板进行性能评估，评估板配套软件可进行交流（快速傅里叶变换）和直流（代码直方图）测试。

订购指南

AD7273和AD7274提供多种型号和封装选项，可根据温度范围、线性误差和封装类型进行选择。此外，还提供评估板和控制板，方便进行开发和测试。

综上所述，AD7273/AD7274以其高速、低功耗、灵活的操作模式和良好的性能，为电子工程师在设计中提供了优秀的选择。在实际应用中，合理选择操作模式和优化布局，能够充分发挥它们的优势，满足不同应用场景的需求。你在使用类似ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。