解析AD7890：8通道12位串行數(shù)據采集系統(tǒng)

在電子設計領域，數(shù)據采集系統(tǒng)的性能對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性起著至關重要的作用。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的AD7890，一款8通道12位串行數(shù)據采集系統(tǒng)，看看它有哪些獨特的特性和優(yōu)勢。

文件下載：AD7890AN-10.pdf

一、AD7890的特性亮點

1. 高速12位ADC

AD7890配備了快速的12位ADC，轉換時間僅為5.9 μs，能夠快速準確地將模擬信號轉換為數(shù)字信號，滿足高速數(shù)據采集的需求。

2. 多通道輸入

它擁有八個單端模擬輸入通道，為用戶提供了豐富的信號采集選擇。同時，還支持不同的輸入范圍，如AD7890 - 10的±10 V、AD7890 - 4的0 V至4.096 V以及AD7890 - 2的0 V至2.5 V，可適應多種不同的應用場景。

3. 獨立訪問多路復用器和ADC

這一特性允許用戶在多路復用器和ADC之間插入抗混疊濾波器或信號調理電路。這樣一來，一個抗混疊濾波器就可以用于所有八個通道，大大節(jié)省了成本和電路板空間。

4. 片上功能豐富

片上集成了跟蹤/保持放大器、參考源和高速串行接口。跟蹤/保持放大器能夠在轉換過程中保持輸入信號的穩(wěn)定，參考源為ADC提供了穩(wěn)定的參考電壓，而高速串行接口則方便與微控制器和數(shù)字信號處理器進行連接。

5. 低功耗設計

AD7890采用單電源供電，正常模式下的功耗較低，典型值為30 mW，最大為50 mW。此外，它還具備掉電模式，典型功耗僅為75 μW，能夠有效降低系統(tǒng)的整體功耗。

二、AD7890的工作原理

1. 整體架構

AD7890包含輸入多路復用器、片上跟蹤/保持放大器、高速12位ADC、2.5 V參考源和高速串行接口。它通過單5 V電源供電，能夠處理不同范圍的模擬輸入信號。

2. 多路復用器操作

多路復用器可獨立訪問，用戶可以根據需要在多路復用器和ADC之間添加抗混疊濾波器或信號調理電路。通過連接外部電容，用戶可以調整多路復用器的穩(wěn)定時間，以適應濾波器或信號調理電路中的外部延遲。

3. 數(shù)據輸出

AD7890通過高速雙向串行接口端口提供輸出數(shù)據。片上控制寄存器允許通過串行端口控制通道選擇、轉換啟動和掉電操作。其靈活的高速邏輯確保了與微控制器和數(shù)字信號處理器的串行端口輕松接口。

三、性能指標

1. 動態(tài)性能

在使用外部CONVST信號時，對于任何通道，信號與（噪聲 + 失真）比（SINAD）最小值為70 dB（fIN = 10 kHz正弦波，fSAMPLE = 100 kHz），總諧波失真（THD）最大值為 - 77 dB，峰值諧波或雜散噪聲最大值為 - 78 dB，二階互調失真典型值為 - 80 dB（fa = 9 kHz，fb = 9.5 kHz，fSAMPLE = 100 kHz），通道間隔離度（三階項）最大值為 - 80 dB（fIN = 1 kHz正弦波）。

2. 直流精度

分辨率為12位，相對精度最大為±1 LSB（A和S版本）或±0.5 LSB（B版本），差分非線性最大為±1 LSB，正滿量程誤差最大為±2.5 LSB，滿量程誤差匹配最大為2 LSB。

3. 模擬輸入

不同型號的AD7890具有不同的輸入電壓范圍和輸入電阻。例如，AD7890 - 10的輸入電壓范圍為±10 V，輸入電阻最小為20 kΩ；AD7890 - 4的輸入電壓范圍為0至4.096 V，輸入電阻最小為11 kΩ；AD7890 - 2的輸入電壓范圍為0至2.5 V，輸入電流最大為200 nA。

4. 參考輸出/輸入

參考輸入電壓范圍為2.375/2.625 V，輸入阻抗最小為1.6 kΩ，輸入電容最大為10 pF。參考輸出電壓標稱值為2.5 V，25°C時的參考輸出誤差最大為±10 mV，參考輸出溫度系數(shù)典型值為±20 ppm/°C（A和S版本）或±25 ppm/°C（B版本），參考輸出阻抗標稱值為2 kΩ。

5. 邏輯輸入/輸出

邏輯輸入高電壓最小值為2.4 V，低電壓最大值為0.8 V，輸入電流最大為±10 μA，輸入電容最大為10 pF。邏輯輸出高電壓最小值為4.0 V（ISOURCE = 200 μA），低電壓最大值為0.4 V（ISINK = 1.6 mA）。

6. 轉換速率

轉換時間最大為5.9 μs（fCLK IN = 2.5 MHz，MUX OUT連接到SHA IN），跟蹤/保持采集時間最大為2 μs。

7. 電源要求

電源電壓標稱值為5 V，允許±5%的波動。正常模式下的電流最大為10 mA，待機模式下的電流典型值為15 μA（25°C）。正常模式下的功耗最大為50 mW，典型值為30 mW；待機模式下的功耗典型值為75 μW（25°C）。

四、引腳配置和功能描述

1. 引腳配置

AD7890采用24引腳封裝，包括模擬地（AGND）、數(shù)字地（DGND）、電源（VDD）、時鐘輸入（CLK IN）、串行時鐘（SCLK）、轉換啟動（CONVST）等引腳。

2. 功能描述

• SMODE：控制輸入，決定器件工作在外部時鐘（從模式）還是自時鐘（主模式）串行模式。
• CEXT：外部電容引腳，用于確定內部脈沖的長度。
• CONVST：轉換啟動輸入，上升沿觸發(fā)，啟動轉換過程。
• CLK IN：時鐘輸入，為轉換序列提供時鐘源。
• SCLK：串行時鐘輸入/輸出，用于加載串行數(shù)據到控制寄存器和從輸出寄存器訪問數(shù)據。
• TFS：發(fā)送幀同步脈沖，低電平有效。
• RFS：接收幀同步脈沖，在外部時鐘模式下為輸入，自時鐘模式下為輸出。
• DATA OUT：串行數(shù)據輸出，提供16位串行數(shù)據。
• DATA IN：串行數(shù)據輸入，用于加載數(shù)據到控制寄存器。
• MUX OUT：多路復用器輸出，輸出電壓范圍為0至2.5 V。
• SHA IN：跟蹤/保持輸入，輸入電壓范圍為0至2.5 V。
• VIN1 - VIN8：單端模擬輸入通道，不同型號的輸入電壓范圍不同。
• REF OUT/REF IN：電壓參考輸出/輸入，可使用內部參考或外部參考源。

五、應用與注意事項

1. 應用場景

AD7890適用于各種需要多通道數(shù)據采集的應用，如工業(yè)自動化、儀器儀表、醫(yī)療設備等。其高速轉換和低功耗特性使其在這些領域具有很大的優(yōu)勢。

2. 注意事項

• ESD防護：AD7890是靜電放電（ESD）敏感器件，在操作過程中需要采取適當?shù)腅SD防護措施，以避免性能下降或功能喪失。
• 電源穩(wěn)定性：為了確保AD7890的正常工作，需要提供穩(wěn)定的電源，電源電壓的波動應控制在±5%以內。
• 抗混疊濾波器：在使用多路復用器和ADC之間的抗混疊濾波器時，需要根據實際應用選擇合適的濾波器參數(shù)，以確保信號的準確性。

AD7890作為一款高性能的8通道12位串行數(shù)據采集系統(tǒng)，具有高速、低功耗、多通道等諸多優(yōu)點。在實際應用中，電子工程師可以根據具體需求合理選擇和使用AD7890，以實現(xiàn)高效、準確的數(shù)據采集。大家在使用AD7890的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。