AD7893：高性能串行 12 位 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，我们要深入探讨一款性能出色的 ADC——AD7893，它以其高速、低功耗和紧凑的封装设计，在众多应用场景中展现出独特的优势。

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一、AD7893 概述

AD7893 是一款快速的 12 位 ADC，采用 Analog Devices 的 Linear Compatible CMOS（LC²MOS）工艺制造，可在单 +5V 电源下工作。它被封装在小巧的 8 引脚 mini - DIP 或 8 引脚 SOIC 中，内部集成了 6µs 逐次逼近型 A/D 转换器、片上跟踪/保持放大器、片上时钟和高速串行接口。

（一）主要特性

1. 高速转换：具备 6µs 的转换时间，能够快速完成模拟信号到数字信号的转换，满足高速数据采集的需求。
2. 多种输入范围选择：提供了不同的输入范围选项，如 AD7893 - 10 支持 ±10V，AD7893 - 3 支持 ±2.5V，AD7893 - 5 支持 0V 到 +5V，AD7893 - 2 支持 0V 到 +2.5V，可适应多种不同的应用场景。
3. 低功耗：典型功耗仅为 25mW，非常适合电池供电或便携式应用，有助于延长设备的续航时间。
4. 高速串行接口：采用两线串行接口，包括串行时钟输入（SCLK）和串行数据输出（SDATA），方便与微控制器、DSP 处理器和移位寄存器等设备进行连接。

二、技术参数解析

（一）动态性能

在动态性能方面，AD7893 表现出色。在 +25°C 时，信号与（噪声 + 失真）比（SNR）、总谐波失真（THD）、峰值谐波或杂散噪声等指标在不同版本（A、B、S 版本）下均有良好的表现。例如，在输入为 10kHz 正弦波、采样频率为 117kHz 的条件下，SNR 最低可达 70dB，THD 最高为 - 80dB。

（二）直流精度

AD7893 的分辨率为 12 位，并且保证在 12 位分辨率下无丢失码。相对精度、差分非线性、正满量程误差、单极性偏移误差、双极性零误差等直流精度指标也都有明确的规定，确保了转换结果的准确性。

（三）模拟输入

不同型号的 AD7893 具有不同的输入电压范围和输入电阻。例如，AD7893 - 10 的输入电压范围为 ±10V，输入电阻最小为 16kΩ；AD7893 - 3 的输入电压范围为 ±2.5V，输入电阻最小为 4kΩ 等。

（四）参考输入

参考输入电压范围为 2.375/2.625V（2.5V ± 5%），最大输入电流为 2 - 10µA，最大输入电容为 10pF。合适的参考源对于保证 AD7893 的性能至关重要，像 AD780 和 AD680 等精密 +2.5V 参考源就是不错的选择。

（五）逻辑输入和输出

逻辑输入的高、低电压和输入电流等参数都有明确的规定，逻辑输出的高、低电压也有相应的要求。输出编码方面，AD7893 - 10 和 AD7893 - 3 采用二进制补码，AD7893 - 2 和 AD7893 - 5 采用自然二进制。

（六）转换速率

转换时间为 6µs 最大，跟踪/保持采集时间为 1.5µs 最大，这使得 AD7893 能够快速完成转换过程，提高数据采集的效率。

三、工作原理与电路设计

（一）转换过程

转换通过脉冲触发 CONVST 输入来启动。在 CONVST 的上升沿，片上跟踪/保持放大器从跟踪模式切换到保持模式，转换序列开始。转换时钟由内部的激光微调时钟振荡器电路生成。

（二）模拟输入部分

不同型号的 AD7893 模拟输入结构有所不同。例如，AD7893 - 10、AD7893 - 5 和 AD7893 - 3 的模拟输入部分包含不同的电阻网络，以适应不同的输入电压范围。而 AD7893 - 2 的模拟输入部分没有偏置电阻，VIN 引脚直接驱动输入到跟踪/保持放大器。

（三）跟踪/保持部分

跟踪/保持放大器能够使 ADC 准确地将满量程幅度的输入正弦波转换为 12 位精度的数字信号。其输入带宽大于 ADC 的奈奎斯特速率，在 ADC 以最大吞吐量 117kHz 运行时，跟踪/保持放大器可以处理超过 58kHz 的输入频率。

（四）参考输入部分

参考输入在片上进行缓冲，最大参考输入电流为 1µA。参考源的误差会导致 AD7893 传输函数的增益误差，并增加规定的满量程误差。

（五）时序和控制部分

为了获得最佳性能，需要遵循特定的时序和控制序列。转换在 CONVST 的上升沿启动，6µs 后转换结果出现在输出寄存器中。读取操作应在转换期间或下一次转换前 600ns 内避免进行，以确保跟踪/保持放大器的稳定。

（六）串行接口部分

串行接口由串行时钟输入（SCLK）和串行数据输出（SDATA）两根线组成。通过提供 16 个时钟脉冲，可以获取完整的转换结果。在第 16 个下降沿，SDATA 线被禁用（三态）。

四、与微处理器/微控制器的接口

AD7893 提供的两线串行接口使其能够方便地与各种微控制器和 DSP 处理器连接。文档中给出了与 8XC51、68HC11、ADSP - 2105 和 DSP56000 等不同处理器的接口示例。不过，不同处理器的串行时钟速率可能会限制 AD7893 的最大吞吐量。例如，8XC51 和 68HC11 的串行时钟速率明显低于 AD7893 允许的输入串行时钟频率，导致读取数据的时间可能长于转换时间。

五、性能表现

（一）线性度

AD7893 的线性度由片上 12 位 D/A 转换器决定，该转换器经过激光微调，具有良好的积分线性度和差分线性度。典型的相对误差为 ±1/4 LSB，典型的差分非线性误差为 ±1/2 LSB。

（二）噪声

在直流应用中，噪声表现为代码不确定性；在交流应用中，表现为噪声底。通过使用抗混叠滤波器可以去除输入信号中高于 (f_{S}/2) 的不需要信号。从直方图可以看出，在最佳性能条件下，AD7893 的噪声性能良好，但在转换期间读取数据会增加噪声。

（三）动态性能

AD7893 具有 7.5µs 的转换和采集时间，适用于宽带信号处理应用。其信号与（噪声 + 失真）比、总谐波失真、峰值谐波或杂散噪声和互调失真等动态性能指标都有明确的规定。

（四）有效位数

通过测量信号与（噪声 + 失真）比，可以计算出 AD7893 的有效位数。从典型的有效位数与频率的关系图可以看出，在不同频率下，AD7893 能够保持较好的转换性能。

六、总结

AD7893 以其高速、低功耗、多种输入范围选择和紧凑的封装设计，成为电子工程师在数据采集和信号处理应用中的理想选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输入范围、参考源和接口方式，同时注意时序和控制要求，以充分发挥 AD7893 的性能优势。你在使用 ADC 时，是否也遇到过类似的性能和接口问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。