AD7678：18位高速高精度SAR ADC的卓越之选

在电子设计领域，模拟到数字的转换是一个关键环节，直接影响着系统的性能和精度。AD7678作为一款18位、100 kSPS的电荷再分配逐次逼近型（SAR）全差分模数转换器，凭借其出色的性能和灵活的接口，成为众多应用场景中的理想选择。

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产品概述

AD7678采用单5V电源供电，集成了高速18位采样ADC、内部转换时钟、内部参考缓冲器、误差校正电路，以及串行和并行系统接口端口。它具有18位分辨率且无丢失码，无流水线延迟，差分输入范围为±VREF（VREF最高可达5V），吞吐量达100 kSPS，积分非线性（INL）最大为±2.5 LSB（满量程的±9.5 ppm），动态范围典型值为103 dB（VREF = 5V），信噪比（S/(N+D)）在2 kHz时典型值为100 dB（VREF = 5V）。此外，它还提供并行（18位、16位或8位总线）和串行5V/3V接口，兼容SPI®/QSPI™/MICROWIRE™/DSP，并且功耗低，在100 kSPS时为18 mW，1 kSPS时为180 µW。

应用领域广泛

AD7678的高性能使其在多个领域得到广泛应用，如CT扫描仪、高动态数据采集、检波器和水听器传感器、Σ - ∆替代（低功耗、多通道）、仪器仪表、频谱分析以及医疗仪器等。在这些应用中，AD7678能够准确地将模拟信号转换为数字信号，为系统提供精确的数据支持。

技术特性亮点

高分辨率与快速吞吐量

AD7678具有100 kSPS的吞吐量和18位的分辨率，且无延迟，能够快速、准确地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。

卓越的精度

其最大积分非线性为2.5 LSB，且无18位丢失码，保证了转换结果的高精度，为系统的精确控制和分析提供了可靠的数据基础。

灵活的接口方式

提供并行（18位、16位或8位总线）和2线串行接口，兼容3V和5V逻辑，方便与不同的数字系统进行连接，提高了设计的灵活性。

工作原理剖析

AD7678基于电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC架构。在采集阶段，电容阵列作为采样电容，通过开关将其连接到模拟输入，采集IN+和IN–输入的模拟信号。当采集阶段完成且CNVST输入变低时，转换阶段开始。此时，开关打开，电容阵列与输入断开并连接到REFGND，采集阶段结束时捕获的IN+和IN–输入之间的差分电压被施加到比较器输入，使比较器失衡。控制逻辑通过依次切换电容阵列的每个元素，从最高有效位（MSB）开始，使比较器恢复平衡，最终生成ADC输出代码，并将BUSY输出置低。

电路设计要点

模拟输入

AD7678的模拟输入采用真正的差分结构，能够有效抑制共模信号。输入结构中的二极管提供ESD保护，但需注意确保模拟输入信号不超过绝对额定值，以免二极管导通。输入阻抗高，可直接由低阻抗源驱动，减少增益误差。在交流信号采集阶段，AD7678表现为一个1极RC滤波器，可减少混叠效应和输入噪声。

驱动放大器选择

虽然AD7678易于驱动，但驱动放大器需满足特定要求。要能够在18位水平（0.0004%）下对电容阵列的满量程阶跃进行稳定，产生的噪声要尽可能低，以保持AD7678的信噪比和转换噪声性能，并且具有适合AD7678的总谐波失真（THD）性能。AD8021是一个不错的选择，它结合了超低噪声和高增益带宽，满足稳定时间要求，还需要一个10 pF的外部补偿电容。

电压参考

AD7678允许使用外部电压参考，可选择是否使用内部参考缓冲器。使用内部参考缓冲器适用于多个ADC共享公共参考电压的情况；直接使用外部参考电压可提高信噪比和动态范围，并且在内部参考缓冲器断电时节省功耗。无论哪种方式，都需要对参考电压输入进行有效的去耦。

电源供应

AD7678使用三组电源引脚：模拟5V电源（AVDD）、数字5V核心电源（DVDD）和数字输出接口电源（OVDD）。为减少电源数量，数字核心（DVDD）可通过简单的RC滤波器从模拟电源获取。该芯片对电源顺序不敏感，且在宽频率范围内对电源变化不敏感。

数字接口详解

并行接口

AD7678可配置为18位、16位或8位总线宽度的并行接口。数据可以在每次转换后（即下一个采集阶段）或在后续转换期间读取。在转换期间读取数据时，建议在转换阶段的前半部分进行，以避免数字接口上的电压瞬变与关键模拟转换电路之间的潜在串扰。

串行接口

当MODE0和MODE1置高时，AD7678使用串行接口，在SDOUT引脚上以MSB优先的方式输出18位数据，并与SCLK引脚上的18个时钟脉冲同步。输出数据在数据时钟的上升沿和下降沿均有效。

主串行接口

当EXT/INT引脚置低时，AD7678生成并提供串行数据时钟SCLK和SYNC信号。根据RDC/SDIN输入，数据可以在每次转换后或在后续转换期间读取。在转换期间读取数据的模式可减少数字活动与关键转换决策之间的潜在串扰。

从串行接口

当EXT/INT引脚置高时，AD7678接受外部提供的串行数据时钟。数据可以在每次转换后或在后续转换期间读取。建议使用不连续时钟，以避免在转换过程中数字输入/输出引脚出现电压瞬变，影响转换结果。在转换后读取数据的模式是最推荐的从串行模式，还支持菊花链功能，可减少组件数量和布线连接。

应用提示

布局设计

在PCB布局时，应将模拟和数字部分分开，使用独立的接地平面，并在一处连接。避免在器件下方铺设数字线路，防止噪声耦合。对快速开关信号进行屏蔽，避免辐射噪声。合理使用去耦电容，降低电源阻抗，减少电源尖峰。

性能评估

AD7678的评估板EVAL - AD7678CBZ可用于快速测量转换器的直流（直方图和时域）和交流（时域和频域）性能。可使用USB或并行端口数据采集板进行数据采集，具体选择可根据实际情况决定。

总结

AD7678以其高分辨率、快速吞吐量、卓越的精度和灵活的接口方式，为电子工程师在设计高性能数据采集系统时提供了一个强大的工具。在实际应用中，通过合理的电路设计和布局，能够充分发挥AD7678的优势，满足各种复杂应用的需求。你在使用AD7678的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。