ADS9120是一個 16 位、2.5 MSPS、逐次逼近寄存器（SAR） 模數(shù)轉換器 （ADC），具有增強的性能特性。高吞吐量使開發(fā)人員能夠對輸入信號進行過采樣，以提高動態(tài)范圍和精度 測量。 該ADS9110是引腳兼容的 18 位 2MSPS 變體ADS9120的。

該ADS9120提高了模擬性能，同時使用 TI 的增強型 SPI 保持高分辨率數(shù)據(jù)傳輸 特征。 增強的SPI使ADS9120能夠在較低的時鐘速度下實現(xiàn)高吞吐量，從而簡化電路板布局并降低系統(tǒng)成本。
*附件：ads9120.pdf

增強型 SPI 還簡化了主機數(shù)據(jù)的打卡，從而使器件非常適合涉及 FPGA 和 DSP 的應用。該ADS9120與標準 SPI 接口兼容。 這 ADS9120具有內部數(shù)據(jù)奇偶校驗功能，可以附加到ADC數(shù)據(jù)輸出中。主機使用奇偶校驗位進行ADC數(shù)據(jù)驗證，從而提高了系統(tǒng)可靠性。

該器件支持符合 JESD8-7A 標準的 I/O、擴展的工業(yè)溫度范圍、并采用節(jié)省空間的 4 mm × 4 mm VQFN 封裝。

特性

• 采樣率：2.5 MSPS
• 無延遲輸出
• 優(yōu)異的直流和交流性能：
  • INL：±0.25 LSB
  • DNL：±0.6 LSB
  • 信噪比：96 dB，總諧波擾：–118 dB
• 寬輸入范圍：
  • 單極差分輸入范圍：±V裁判
  • V裁判輸入范圍：2.5 V 至 5 V，獨立于 AVDD
• 低功耗：
  • 2.5 MSPS 時為 9 mW（僅限 AVDD）
  • 2.5 MSPS 時為 15.5 mW（總計）
  • 靈活的低功耗模式支持功耗擴展和吞吐量
• 增強型SPI（multiSPI?）數(shù)字接口
• 符合JESD8-7A標準的1.8V DVDD數(shù)字I/O
• 在擴展溫度范圍內完全額定：–40°C 至 +125°C
• 小尺寸：4 mm × 4 mm VQFN

參數(shù)

方框圖

ADS9120 是德州儀器推出的 16 位高速 SAR ADC，采樣速率達 2.5 MSPS，零數(shù)據(jù)延遲，集成增強型 SPI（multiSPI?）接口，兼具低功耗、高精度與小尺寸特性，封裝為 4 mm×4 mm VQFN，適配測試測量、電機控制、醫(yī)療成像、工業(yè)高精度高速數(shù)據(jù)采集等場景。

一、核心特性與關鍵參數(shù)

1. 基礎性能

• 分辨率與采樣速率：16 位無丟失碼分辨率，最高采樣速率 2.5 MSPS，支持超采樣以提升動態(tài)范圍與測量精度。
• 精度表現(xiàn)：積分非線性（INL）±0.25 LSB（典型值）、最大 ±0.7 LSB（-40°C-125°C）；差分非線性（DNL）±0.25 LSB（典型值）、最大 ±0.7 LSB；失調誤差典型值 ±0.025 mV，失調溫漂 1 μV/°C；增益誤差典型值 ±0.01% FS，增益溫漂 0.25 ppm/°C，精度出色。
• 輸入配置：單極性全差分輸入，輸入范圍 ±V_REF（V_REF 為 2.5 V-5 V，獨立于 AVDD）；共模電壓固定為 V_REF/2 ±0.1 V，采樣電容 60 pF（采樣模式）/4 pF（保持模式）。

2. 核心功能

• 動態(tài)性能：2 kHz 輸入時 SNR 典型值 96 dB，THD 典型值 - 118 dB，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）≥120 dB，轉換噪聲 0.35 LSB，信號采集質量優(yōu)異。
• 接口與防護：增強型 SPI 接口支持單 / 雙 / 四通道 SDO 輸出及 DDR 模式，2.5 MSPS 時標準 SPI 需 200 MHz SCLK，增強型 SPI 僅需 45 MHz，簡化板級設計；兼容 JESD8-7A 標準 1.8 V 數(shù)字 I/O，ESD 防護達 ±2000 V（人體模型）、±500 V（器件充電模型），共模抑制比（CMRR）80 dB（dc-20 kHz）。
• 數(shù)據(jù)校驗：支持可編程奇偶校驗功能，可選擇對 4/8/12/16 MSB 計算偶校驗，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：2.5 MSPS 采樣率下總功耗僅 15.5 mW（AVDD 單獨供電時 9 mW），支持休眠（NAP）和掉電（PD）低功耗模式，NAP 模式電流 500 μA，PD 模式電流 1 μA，功耗隨吞吐量靈活縮放。
• 工作條件：模擬供電（AVDD）1.65 V-1.95 V，數(shù)字供電（DVDD）1.65 V-1.95 V；工作溫度 - 40°C 至 + 125°C，適應惡劣工業(yè)環(huán)境。
• 封裝規(guī)格：24 引腳 VQFN 封裝，尺寸 4 mm×4 mm，暴露熱焊盤建議接地，散熱性能良好。

二、產品型號關聯(lián)

ADS9120 與 ADS9110 引腳兼容，后者為 18 位分辨率、2 MSPS 采樣速率的升級型號，可根據(jù)精度與速率需求靈活選型。

三、應用場景

適用于測試測量設備、電機控制系統(tǒng)、醫(yī)療成像設備、工業(yè)高精度高速數(shù)據(jù)采集模塊等，尤其適配對功耗、尺寸、精度與速率均有嚴格要求的場景。

四、設計與使用建議

1. 電源與參考

• 電源設計：AVDD 與 DVDD 需獨立供電，各自就近放置 1 μF 陶瓷去耦電容，避免數(shù)字與模擬電源串擾；模擬地與數(shù)字地單點連接，降低地環(huán)路干擾。
• 參考配置：支持 2.5 V-5 V 外部參考，參考輸入電流典型值 1.3 mA；建議使用低噪聲精密電壓基準（如 REF5045），并添加 RC 濾波（推薦 1 kΩ 電阻 + 1 μF 電容），減少基準噪聲影響。

2. 輸入與校準

• 輸入保護：模擬輸入電壓不得超過 - 0.3 V 至 V_REF+0.3 V，建議添加電荷回饋濾波器（RC 電路），電容選用 C0G/NPO 材質（容量≥900 pF），串聯(lián)電阻≤10 Ω，平衡穩(wěn)定性與失真性能。
• 校準與配置：支持內部測試信號校準，可通過寄存器設置固定數(shù)據(jù)模式（全 0、全 1、5555h、3333h）；提供 4 個配置寄存器，可靈活設置低功耗模式、SPI 協(xié)議、數(shù)據(jù)總線寬度、奇偶校驗等參數(shù)。

3. 接口與時序

• SPI 通信：支持 SPI-00/01/10/11 四種協(xié)議，數(shù)據(jù)讀取支持標準 SPI、寬總線 SPI（雙 / 四通道）、源同步協(xié)議，適配不同傳輸速率需求；多器件可通過菊花鏈或星形拓撲級聯(lián)，擴展通道數(shù)。
• 時序要求：采樣周期最小 400 ns，采集時間 100 ns，轉換時間 270 ns-290 ns；SCLK 占空比需在 45%-55% 之間，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。

五、封裝與訂購信息

• 封裝規(guī)格：24 引腳 VQFN（RGE 封裝），尺寸 4 mm×4 mm，熱焊盤需接地以優(yōu)化散熱與機械性能。
• 訂購型號：批量供應型號如 ADS9120IRGER（3000 個 / 卷）、ADS9120IRGET（250 個 / 卷），符合 RoHS 標準，MSL 等級 1（無限制）/2（1 年），峰值回流溫度 260°C，引腳鍍層為 NIPDAU。

六、關鍵設計要點

• 布局規(guī)范：PCB 需劃分模擬區(qū)與數(shù)字區(qū)，模擬信號與數(shù)字信號反向布線，避免干擾；AVDD/DVDD 去耦電容距引腳不超過 20 mil，無過孔；參考引腳（REFP/REFM）需并聯(lián) 3 個 10 μF X7R 電容，就近接地。
• 功耗優(yōu)化：低吞吐量場景可啟用 NAP 模式（ACQ 狀態(tài)降功耗）或 PD 模式（深度掉電），根據(jù)實際采樣速率動態(tài)調整功耗，平衡性能與能耗。
• 前端設計：選擇高帶寬、低噪聲、低失真運放（如 OPA625、THS4551）作為輸入驅動，運放單位增益帶寬需≥4 倍濾波器截止頻率，確保信號 settling 時間滿足要求。