AD4693/AD4694：八通道、易驅(qū)動(dòng)的SAR ADC芯片

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，ADC（模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天我們要深入探討的是Analog Devices推出的AD4693/AD4694，這兩款芯片是8通道、16位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，專為高密度多通道精密數(shù)據(jù)采集解決方案而優(yōu)化。

文件下載：AD4693.pdf

一、特性亮點(diǎn)

1. 易驅(qū)動(dòng)特性

傳統(tǒng)的多路復(fù)用SAR ADC通常在模擬輸入上表現(xiàn)出較大的電荷和電壓瞬變，需要為每個(gè)通道添加高速、低噪聲且功耗大的ADC驅(qū)動(dòng)放大器。而AD4693/AD4694具備易驅(qū)動(dòng)特性，顯著降低了對(duì)高帶寬ADC驅(qū)動(dòng)放大器和參考緩沖器的依賴。其模擬輸入預(yù)充電緩沖器可將多路復(fù)用SAR ADC典型的輸入瞬變降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，使芯片能夠直接與更高阻抗和更低帶寬的傳感器或放大器接口，同時(shí)減少了前端放大器的不穩(wěn)定性問(wèn)題和功耗。

2. 高性能指標(biāo)

• 采樣率：AD4693的采樣率為500kSPS，AD4694則高達(dá)1MSPS，能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)采集速度的需求。
• 精度：保證16位分辨率，無(wú)失碼，積分非線性誤差（INL）最大為±0.85 LSB，差分非線性誤差（DNL）最大為±0.65 LSB，確保了高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
• 動(dòng)態(tài)性能：典型的SINAD（信噪失真比）為93dB（(f_{IN}=1kHz)），展現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)性能。

3. 低功耗設(shè)計(jì)

在(f{S}=1MSPS)時(shí)功耗為14.6mW，(f{S}=500kSPS)時(shí)功耗為7.3mW，適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，如電池供電設(shè)備。

4. 靈活的數(shù)字功能

• 每通道平均濾波器：為每個(gè)通道提供片上噪聲濾波，提高測(cè)量分辨率和動(dòng)態(tài)范圍，且各通道相互獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)通道采樣，減少采樣盲區(qū)，提高多通道測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 可定制通道序列器：支持標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)兩種測(cè)序模式，標(biāo)準(zhǔn)模式適用于所有通道具有相同采樣率和平均比的簡(jiǎn)單序列；高級(jí)模式則允許完全自定義通道順序，實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道不同的采樣率和抽取率。
• 自主和突發(fā)采樣模式：允許固件預(yù)配置通道采樣序列，以最小的數(shù)字開(kāi)銷執(zhí)行轉(zhuǎn)換，減少了ADC操作的開(kāi)銷，使低功耗數(shù)字主機(jī)有更多時(shí)間處于睡眠模式。
• 4線SPI接口：與1.2V和1.8V邏輯兼容，方便與各種數(shù)字主機(jī)進(jìn)行通信。

二、工作原理

1. 轉(zhuǎn)換過(guò)程

AD4693/AD4694的轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采集、轉(zhuǎn)換和預(yù)充電三個(gè)階段。在采集階段，多路復(fù)用器將活動(dòng)通道連接到ADC采樣電容(C{SH})以跟蹤輸入信號(hào)；轉(zhuǎn)換階段開(kāi)始時(shí)，多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)打開(kāi)，采樣輸入信號(hào)，SAR ADC核心生成相應(yīng)的16位數(shù)字輸出；預(yù)充電階段在轉(zhuǎn)換階段之后、下一個(gè)采集階段之前進(jìn)行，(C{SH})被驅(qū)動(dòng)到下一個(gè)要采集通道的電壓，從而顯著減少采集開(kāi)始時(shí)的電荷和電壓瞬變。

2. 通道序列器

通道序列器控制多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)，在每次ADC轉(zhuǎn)換后更新活動(dòng)通道。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)序模式按升序掃描預(yù)編程的啟用通道；高級(jí)測(cè)序模式則允許完全自定義通道順序，每個(gè)通道可以有不同的采樣率和平均比。

3. 平均濾波器

每個(gè)通道都有獨(dú)立的平均濾波器，包括累加器和除法（右移）塊。累加器計(jì)算來(lái)自相應(yīng)輸入通道的ADC樣本的運(yùn)行總和，除法塊將24位總和右移以縮放到16位平均值。用戶可以通過(guò)設(shè)置累加器深度來(lái)配置平均比，支持SPI讀取原始24位累加器輸出或16位平均輸出。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 光學(xué)功率監(jiān)測(cè)

在光學(xué)系統(tǒng)中，需要高精度地測(cè)量光功率。AD4693/AD4694的高精度和低噪聲特性使其能夠準(zhǔn)確地采集光信號(hào)轉(zhuǎn)換后的模擬電壓，為光學(xué)功率的監(jiān)測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)。

2. 醫(yī)療儀器

醫(yī)療設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和可靠性要求極高。AD4693/AD4694的高精度和多通道特性可以滿足醫(yī)療儀器對(duì)多個(gè)生理信號(hào)（如心電、腦電等）同時(shí)采集的需求，為醫(yī)療診斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

3. 電子測(cè)試與測(cè)量

在電子測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域，需要對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量。AD4693/AD4694的高采樣率和高精度能夠滿足快速、準(zhǔn)確采集信號(hào)的要求，可用于示波器、頻譜分析儀等測(cè)試設(shè)備。

4. 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備

自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備需要高效、準(zhǔn)確地采集大量數(shù)據(jù)。AD4693/AD4694的自主和突發(fā)采樣模式可以提高數(shù)據(jù)采集效率，減少測(cè)試時(shí)間，同時(shí)其靈活的通道配置和平均濾波功能可以滿足不同測(cè)試需求。

5. 電池供電設(shè)備

由于AD4693/AD4694具有低功耗特性，非常適合電池供電設(shè)備。在保證數(shù)據(jù)采集精度的同時(shí)，能夠延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，如便攜式醫(yī)療設(shè)備、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)等。

四、使用注意事項(xiàng)

1. 電源供應(yīng)

AD4693/AD4694有四個(gè)電源域：AVDD（模擬電源）、VDD（ADC核心電源）、VIO（數(shù)字接口邏輯電源）和LDO_IN（內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器輸入）。需要注意各電源的電壓范圍和去耦要求，以確保芯片的穩(wěn)定工作。

2. 通道配置

在使用通道序列器時(shí)，要正確配置通道的啟用和禁用狀態(tài)，避免出現(xiàn)鎖定條件。同時(shí)，在使用DRDY（數(shù)據(jù)就緒）信號(hào)時(shí)，要正確設(shè)置累加器掩碼位，確保所有包含在序列中的通道都被解掩碼，排除的通道都被掩碼。

3. 布局設(shè)計(jì)

在PCB布局時(shí)，模擬跡線（連接到模擬輸入和參考輸入）應(yīng)與數(shù)字跡線（連接到CNV輸入、SPI和通用引腳）物理分離，以減少交叉耦合。同時(shí)，要在模擬和數(shù)字跡線之間添加接地填充，避免數(shù)字跡線跨越模擬跡線或AD4693/AD4694設(shè)備而沒(méi)有接地平面層隔離。

五、總結(jié)

AD4693/AD4694憑借其易驅(qū)動(dòng)特性、高性能指標(biāo)、低功耗設(shè)計(jì)和靈活的數(shù)字功能，為多通道精密數(shù)據(jù)采集提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在光學(xué)、醫(yī)療、測(cè)試測(cè)量還是電池供電設(shè)備等領(lǐng)域，都能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幫助工程師設(shè)計(jì)出更高效、更精確的電子系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理配置芯片的各項(xiàng)參數(shù)，并注意電源供應(yīng)、通道配置和布局設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮AD4693/AD4694的性能。你在使用這款芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。