ADFS7124 - 4：高精度、低功耗 ADC 的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于高精度、低功耗的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的需求日益增長(zhǎng)。ADFS7124 - 4 作為一款功能強(qiáng)大的 ADC，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。今天，我們就來深入探討一下這款 ADC 的特性、功能以及應(yīng)用。

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一、ADFS7124 - 4 概述

ADFS7124 - 4 是一款低功耗、低噪聲的完全集成式模擬前端，專為高精度測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它具備低噪聲 24 位 Σ - Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可配置為四個(gè)差分輸入或七個(gè)單端/偽差分輸入。芯片上的低增益級(jí)確保小幅度信號(hào)可直接與 ADC 接口，為各種測(cè)量需求提供了靈活的解決方案。

1.1 主要特性

• 三種電源模式：提供全功率模式、中功率模式和低功率模式，可根據(jù)不同的速度、RMS 噪聲和電流消耗需求進(jìn)行靈活選擇。
• 低噪聲性能：在不同功率模式下均能實(shí)現(xiàn)低 RMS 噪聲，例如在低功率模式下，1.17 SPS 且增益為 128 時(shí)，RMS 噪聲僅為 24 nV rms。
• 高分辨率：在所有功率模式下，增益為 1 時(shí)可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 22 位無噪聲位。
• 輸出數(shù)據(jù)率靈活：全功率模式下輸出數(shù)據(jù)率范圍為 9.38 SPS 至 19,200 SPS，中功率模式為 2.34 SPS 至 4800 SPS，低功率模式為 1.17 SPS 至 2400 SPS。
• 50 Hz/60 Hz 同時(shí)抑制：在 25 SPS 輸出數(shù)據(jù)率（單周期穩(wěn)定）時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 50 Hz 和 60 Hz 的同時(shí)抑制，抑制能力超過 80 dB。
• 豐富的診斷功能：集成了循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、信號(hào)鏈檢查和串行接口檢查等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1.2 功能安全認(rèn)證

ADFS7124 - 4 通過了 TüV Rheinland 的 SC3 功能安全認(rèn)證（文件編號(hào) 968/FSP 2188.01/23），這意味著它在安全相關(guān)應(yīng)用中具有高度的可靠性和穩(wěn)定性。

二、詳細(xì)技術(shù)規(guī)格

2.1 電氣特性

• 電源電壓：模擬電源電壓在低或中功率模式下為 2.7 V 至 3.6 V，全功率模式下為 2.9 V 至 3.6 V；數(shù)字電源電壓范圍為 1.65 V 至 3.6 V。
• 輸入電壓范圍：差分輸入電壓范圍為 ±VREF/gain，絕對(duì) AIN 電壓限制根據(jù)增益和緩沖情況有所不同。
• 參考輸入：內(nèi)置 2.5 V 參考，最大漂移為 15 ppm/°C，也可接受外部差分參考。
• 激勵(lì)電流源：可在任何模擬輸入引腳提供 0.1/50/100/250/500/750/1000 μA 的輸出電流，初始公差為 ±4%（TA = 25°C），漂移為 50 ppm/°C。

2.2 時(shí)序特性

ADFS7124 - 4 的時(shí)序特性對(duì)于確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和處理至關(guān)重要。例如，SCLK 高脈沖寬度和低脈沖寬度均為 100 ns，連續(xù)讀寫操作之間的延遲根據(jù)功率模式有所不同。

三、引腳配置與功能

3.1 引腳配置

ADFS7124 - 4 采用 32 引腳 LFCSP 封裝，各引腳具有不同的功能。例如，REGCAPD 為數(shù)字 LDO 調(diào)節(jié)器輸出，需通過 0.1 μF 電容解耦至 DGND；IOVDD 為串行接口電源電壓，范圍為 1.65 V 至 3.6 V，且獨(dú)立于 AVDD。

3.2 功能描述

• 模擬輸入：可配置為四個(gè)差分輸入或七個(gè)偽差分輸入，輸入可緩沖或不緩沖，通過配置寄存器選擇正輸入（AINP）和負(fù)輸入（AINM）。
• 參考輸入：提供正參考輸入 REFIN1(+) 和負(fù)參考輸入 REFIN1(-)，可應(yīng)用外部參考，參考電壓范圍為 0.5 V 至 AVDD。
• 時(shí)鐘：內(nèi)置 614.4 kHz 時(shí)鐘，也可使用外部時(shí)鐘作為時(shí)鐘源，通過 ADC_CONTROL 寄存器的 CLK_SEL 位進(jìn)行選擇。

四、數(shù)字濾波器

ADFS7124 - 4 提供多種數(shù)字濾波器選項(xiàng)，包括 Sinc4、Sinc3、快速濾波器和后置濾波器，不同的濾波器對(duì)輸出數(shù)據(jù)率、穩(wěn)定時(shí)間和 50 Hz/60 Hz 抑制有不同的影響。

4.1 Sinc4 濾波器

• 輸出數(shù)據(jù)率：(f{ADC}=f{CLK}/(32 × FS[10:0]))，其中 (f_{CLK}) 為控制器時(shí)鐘頻率，F(xiàn)S[10:0] 為濾波器寄存器中 FS[10:0] 位的十進(jìn)制等效值。
• 穩(wěn)定時(shí)間：(t{SETTLE}=(4 × 32 × FS[10:0]+ Dead time)/f{CLK})，Dead time 根據(jù) FS[10:0] 的值有所不同。
• 50 Hz/60 Hz 抑制：在特定輸出數(shù)據(jù)率下，可實(shí)現(xiàn) 120 dB 以上的 50 Hz/60 Hz 抑制。

4.2 Sinc3 濾波器

與 Sinc4 濾波器類似，Sinc3 濾波器具有不同的穩(wěn)定時(shí)間和 50 Hz/60 Hz 抑制特性。其輸出數(shù)據(jù)率和穩(wěn)定時(shí)間的計(jì)算公式與 Sinc4 濾波器相似，但穩(wěn)定時(shí)間的系數(shù)不同。

4.3 快速濾波器

快速濾波器（Sinc4 + Sinc1 和 Sinc3 + Sinc1）可實(shí)現(xiàn)接近 1/50 Hz 或 1/60 Hz 的輸出數(shù)據(jù)率下的 50 Hz/60 Hz 抑制，穩(wěn)定時(shí)間接近輸出數(shù)據(jù)率的倒數(shù)。

4.4 后置濾波器

后置濾波器可同時(shí)抑制 50 Hz 和 60 Hz 干擾，允許用戶在穩(wěn)定時(shí)間和抑制效果之間進(jìn)行權(quán)衡，最高可在 27.27 SPS 輸出數(shù)據(jù)率下實(shí)現(xiàn) 47 dB 的 50 Hz/60 Hz 抑制。

五、診斷功能

ADFS7124 - 4 集成了豐富的診斷功能，確保系統(tǒng)的可靠性和安全性。

5.1 信號(hào)鏈檢查

可選擇參考和電源電壓作為 ADC 的輸入，檢查設(shè)備連接的電壓，還可通過內(nèi)部 20 mV 信號(hào)檢查 PGA 的功能。

5.2 參考檢測(cè)

檢測(cè)外部參考是否有效，當(dāng)參考電壓低于 0.7 V 或參考輸入開路時(shí)，REF_DET_ERR 位將被置位。

5.3 校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換和飽和錯(cuò)誤檢測(cè)

監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)過程，檢查模擬輸入、調(diào)制器和數(shù)字濾波器是否正常工作，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)相應(yīng)的標(biāo)志位將被置位。

5.4 過壓/欠壓檢測(cè)

監(jiān)測(cè) AINx 模擬輸入引腳的絕對(duì)電壓，確保其在規(guī)格范圍內(nèi)，否則線性度和噪聲性能可能會(huì)下降。

5.5 電源供應(yīng)監(jiān)測(cè)

可監(jiān)測(cè) AVDD 和 IOVDD 引腳的電壓，以及模擬和數(shù)字 LDO 的電壓，確保電源供應(yīng)穩(wěn)定。

5.6 時(shí)鐘監(jiān)測(cè)

通過 MCLK_COUNT 寄存器監(jiān)測(cè)控制器時(shí)鐘頻率，確保輸出數(shù)據(jù)率、濾波器穩(wěn)定時(shí)間和濾波器陷波頻率的準(zhǔn)確性。

5.7 串行接口檢查

檢查 SPI 通信的 SCLK 脈沖數(shù)、讀寫操作的寄存器地址是否有效，確保串行接口的可靠性。

5.8 校驗(yàn)和保護(hù)

使用 CRC 校驗(yàn)和確保只有有效數(shù)據(jù)寫入寄存器，并驗(yàn)證從寄存器讀取的數(shù)據(jù)的有效性，提高接口的健壯性。

六、應(yīng)用案例

6.1 溫度測(cè)量

在熱電偶應(yīng)用中，ADFS7124 - 4 可通過 PGA 放大熱電偶信號(hào)，利用偏置電壓發(fā)生器提供共模電壓，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量。同時(shí)，可使用內(nèi)部參考進(jìn)行轉(zhuǎn)換，外部參考進(jìn)行冷結(jié)補(bǔ)償。

6.2 RTD 測(cè)量

對(duì)于 3 線 RTD 配置，ADFS7124 - 4 的兩個(gè)匹配電流源可補(bǔ)償引線電阻誤差，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。通過合理配置增益和參考源，可實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍的測(cè)量。

6.3 流量計(jì)應(yīng)用

在流量計(jì)應(yīng)用中，ADFS7124 - 4 可用于測(cè)量壓力傳感器的差分輸出電壓，通過 PGA 放大信號(hào)，同時(shí)利用低側(cè)電源開關(guān)降低功耗。此外，還可通過溫度補(bǔ)償提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

七、總結(jié)

ADFS7124 - 4 作為一款高性能的 ADC，具有多種電源模式、豐富的濾波器選項(xiàng)和強(qiáng)大的診斷功能，適用于各種高精度測(cè)量應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的電源模式、濾波器和配置參數(shù)，同時(shí)注意接地和布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助工程師更好地了解和應(yīng)用 ADFS7124 - 4。

你對(duì) ADFS7124 - 4 在實(shí)際應(yīng)用中還有哪些疑問？或者你在使用類似 ADC 時(shí)遇到過什么問題？歡迎在評(píng)論區(qū)留言交流。