低功耗Sigma-Delta ADC：AD7788/AD7789的特性与应用

在电子设计领域，尤其对于低频率测量应用，一款性能优良的模拟前端至关重要。今天就来深入探讨Analog Devices公司的AD7788/AD7789低功耗、低噪声Sigma - Delta ADC，看看它能为我们的设计带来哪些便利和优势。

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一、产品概述

AD7788/AD7789是专为低频率测量应用设计的低功耗、低噪声模拟前端。AD7789内置一个低噪声24位Σ - Δ模数转换器（ADC），具有一个差分输入；而AD7788则是AD7789的16位版本。它们均采用内部时钟工作，用户无需额外提供时钟源，输出数据速率为16.6 Hz，能同时抑制50 Hz和60 Hz的干扰。该系列产品采用10引脚MSOP封装，工作电源电压范围为2.5 V至5.25 V，当使用3 V电源时，最大功耗为225 µW。

二、产品特性

2.1 分辨率与噪声性能

• 分辨率：AD7788为16位分辨率，AD7789为24位分辨率。在峰 - 峰分辨率方面，AD7788为16位，AD7789为19位（有效21.5位）。
• 噪声：典型RMS噪声为1.5 µV，这使得它们在低噪声应用中表现出色。

2.2 电源与功耗

• 电源范围：工作电源电压范围为2.5 V至5.25 V，适应多种电源环境。
• 功耗：正常工作时最大电流为75 µA，掉电模式下最大电流仅为1 µA，非常适合电池供电的应用。

2.3 线性度与抗干扰能力

• 积分非线性：典型值为3.5 ppm，保证了测量的准确性。
• 抗干扰：能够同时抑制50 Hz和60 Hz的干扰，适用于存在工频干扰的环境。

2.4 接口特性

• 串行接口：采用3线串行接口，与SPI、QSPI™、MICROWIRE和DSP兼容。
• 施密特触发器：SCLK引脚带有施密特触发器，增强了接口的抗干扰能力。

三、应用领域

AD7788/AD7789的特性使其在多个领域得到广泛应用：

• 智能变送器：能够准确测量各种物理量，并将其转换为数字信号进行传输。
• 电池应用：低功耗特性使其非常适合电池供电的设备，延长电池使用寿命。
• 便携式仪器：小巧的封装和低功耗设计，满足便携式仪器对体积和功耗的要求。
• 传感器测量：可用于各种传感器的信号采集，如温度、压力、称重等传感器。
• 4 - 20 mA环路：在工业控制领域，可用于4 - 20 mA电流环路的测量和控制。

四、技术参数详解

4.1 ADC通道规格

• 输出更新速率：均为16.6 Hz标称值。
• 分辨率与噪声：如前文所述，AD7788为16位分辨率，AD7789为24位分辨率，RMS噪声均为1.5 µV。
• 积分非线性与误差：积分非线性典型值为3.5 ppm，偏移误差和满量程误差在规定范围内。

4.2 模拟输入特性

• 差分输入电压范围：±REFIN，REFIN为REFIN(+) - REFIN(-)。
• 绝对AIN电压限制：GND - 30 mV至VDD + 30 mV。
• 输入电流：平均输入电流典型值为±400 nA，且随输入电压变化。

4.3 参考输入特性

• REFIN电压：标称值为2.5 V，范围为0.1 VDD至VDD。
• 绝对REFIN电压限制：GND - 30 mV至VDD + 30 mV。
• 参考输入电流：平均参考输入电流典型值为0.5 µA，且有一定的温度漂移。

五、内部寄存器与操作模式

5.1 片上寄存器

• 通信寄存器：8位只写寄存器，用于确定后续操作是读还是写，以及操作的目标寄存器。
• 状态寄存器：8位只读寄存器，用于指示ADC的状态，如数据准备好、错误标志等。
• 模式寄存器：8位寄存器，可读写，用于配置ADC的工作模式，如连续转换模式、单转换模式、待机模式等。
• 数据寄存器：只读寄存器，存储ADC的转换结果。

5.2 操作模式

• 连续转换模式：ADC连续进行转换，并将结果存储在数据寄存器中。DOUT/RDY引脚在转换完成时变低，用户可通过连续读模式自动获取转换结果。
• 单转换模式：ADC在不进行转换时处于掉电模式，当启动单转换时，先上电并进行一次转换，完成后返回掉电模式。
• 连续读模式：通过向通信寄存器写入特定指令，可使ADC自动将数据寄存器的内容放置在DOUT/RDY引脚，方便连续读取数据。

六、电路设计注意事项

6.1 模拟输入通道

AD7788/AD7789的模拟输入通道为无缓冲的差分输入，因此在设计时需要注意外部电阻和电容的组合，避免引入增益误差。不同分辨率下对外部R - C组合有不同要求，具体可参考文档中的表格。

6.2 双极/单极配置

模拟输入可以接受单极或双极输入电压范围，通过编程模式寄存器中的U/B位来选择。

6.3 数据输出编码

单极操作时，输出代码为自然二进制；双极操作时，输出代码为偏移二进制。

6.4 参考输入

参考输入为无缓冲的差分输入，参考电压范围为0.1 V至VDD。建议使用低噪声的参考电压源，如ADR381、ADR391等。

6.5 VDD监测

通过设置通信寄存器中的CH1和CH0位，可使用模拟输入通道监测VDD引脚的电压，方便监控电源电压的变化。

6.6 接地与布局

由于AD7788/AD7789的高分辨率和低噪声特性，在接地和布局方面需要特别注意。应将模拟和数字部分分开，采用最小蚀刻技术设计接地平面，确保电流回流路径最短，避免数字电流流经模拟接地部分。同时，要注意电源去耦，将VDD引脚通过10 µF钽电容和0.1 µF电容并联接地。

七、总结

AD7788/AD7789以其低功耗、高分辨率、良好的抗干扰能力和丰富的功能，为低频率测量应用提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理配置寄存器和选择合适的操作模式，同时注意电路设计中的各种细节，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。