在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。德州儀器（TI）的ADS1605和ADS1606作為高性能的16位Delta-Sigma ADC，憑借其卓越的性能和豐富的特性，在科學(xué)儀器、自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和醫(yī)學(xué)成像等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來(lái)深入探討一下這兩款A(yù)DC的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

ADS1605和ADS1606具有16位分辨率，默認(rèn)數(shù)據(jù)速率為5MSPS，在2X模式下可提升至10MSPS。它們采用了2 - 1 - 1流水線Delta - Sigma調(diào)制器架構(gòu)，結(jié)合低紋波線性相位數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)了出色的信號(hào)處理能力。在信號(hào)質(zhì)量方面，信噪比（SNR）高達(dá)88dB，總諧波失真（THD）低至 - 99dB，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）達(dá)到101dB，能夠滿足大多數(shù)高精度測(cè)量的需求。

ADS1606還集成了一個(gè)可調(diào)節(jié)的先進(jìn)先出（FIFO）緩沖器，為數(shù)據(jù)輸出提供了更大的靈活性。這兩款A(yù)DC支持內(nèi)部或外部電壓參考，數(shù)字輸出通過(guò)簡(jiǎn)單的并行接口與數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）輕松連接，并且具備輸入范圍超限監(jiān)測(cè)功能，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、關(guān)鍵特性分析

（一）輸入信號(hào)處理

ADS1605/6測(cè)量差分輸入信號(hào)$V{IN}=(AINP - AINN)$，并與差分參考電壓$V{REF}=(VREFP - VREFN)$進(jìn)行比較。滿量程差分輸入電壓為1.467$V{REF}$，對(duì)于$V{REF}=3V$，滿量程輸入電壓為±4.4V，輸入范圍非常寬，大大降低了輸入信號(hào)超限的可能性。不過(guò)，為了獲得最佳的模擬性能，建議將輸入信號(hào)限制在±1.165$V{REF}$（ - 2dBFS）以內(nèi)，對(duì)應(yīng)$V{REF}=3V$時(shí)，推薦輸入范圍為±3.78V。

此外，輸入信號(hào)的共模電壓$V_{CM}=(AINP + AINN)/2$推薦設(shè)置為2.0V，對(duì)于大于 - 2dBFS的信號(hào)，需要適當(dāng)提高輸入共模電壓以滿足絕對(duì)輸入電壓規(guī)格。同時(shí)，絕對(duì)輸入電壓（AINP或AINN相對(duì)于AGND）的范圍也需要嚴(yán)格控制，否則可能會(huì)影響線性性能或觸發(fā)ESD保護(hù)二極管。

（二）參考電壓設(shè)置

ADS1605/6可以使用內(nèi)部或外部電壓參考。使用外部參考時(shí)，將REFEN引腳置高，可節(jié)省約25mA的模擬電源電流。外部參考電壓必須在電氣特性表規(guī)定的范圍內(nèi)，典型值為$VREFP = 4V$、$VMID = 2.5V$和$VREFN = 1V$。為了獲得最佳的模擬性能，建議使用3.0V的外部參考電壓。

使用內(nèi)部參考時(shí)，將REFEN引腳置低，此時(shí)需要對(duì)參考引腳進(jìn)行良好的旁路處理，以確保性能穩(wěn)定。內(nèi)部參考電壓的設(shè)置和旁路電容的選擇對(duì)于ADC的性能至關(guān)重要，需要特別注意。

（三）時(shí)鐘輸入要求

對(duì)于高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量的時(shí)鐘源是保證性能的關(guān)鍵。ADS1605/6建議使用晶體時(shí)鐘振蕩器作為CLK源，以避免時(shí)鐘信號(hào)的過(guò)度振鈴。時(shí)鐘抖動(dòng)會(huì)影響輸入信號(hào)采樣的準(zhǔn)確性，從而限制最大可實(shí)現(xiàn)的SNR。不過(guò)，ADS1605/6的過(guò)采樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比Nyquist速率轉(zhuǎn)換器，將時(shí)鐘抖動(dòng)敏感度降低了$8\sqrt{8}$倍。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)輸入信號(hào)的頻率和幅度，控制時(shí)鐘源的抖動(dòng)在允許范圍內(nèi)。

（四）數(shù)據(jù)格式與輸出控制

ADS1605/6的16位輸出數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制補(bǔ)碼格式。當(dāng)輸入信號(hào)超出正或負(fù)滿量程時(shí)，輸出OTR引腳將置高，提醒用戶輸入信號(hào)超限。數(shù)據(jù)檢索通過(guò)簡(jiǎn)單的并行接口進(jìn)行控制，DRDY引腳的下降沿表示新數(shù)據(jù)可用。為了保證性能，需要注意DOUT總線的負(fù)載不能過(guò)重，必要時(shí)可使用外部緩沖器。

（五）電源管理與功耗優(yōu)化

ADS1605/6使用+5V模擬電源（AVDD）、+3V數(shù)字電源（DVDD）和+2.7 - +5.25V數(shù)字I/O電源（IOVDD）。模擬功耗可以通過(guò)外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，在低速運(yùn)行時(shí)可以降低功耗。此外，通過(guò)PD引腳可以激活掉電模式，關(guān)閉所有電路，進(jìn)一步節(jié)省能源。在使用ADS1606的FIFO功能時(shí)，退出掉電模式后需要進(jìn)行復(fù)位操作，并等待參考電壓穩(wěn)定和調(diào)制器、數(shù)字濾波器 settling后才能獲取有效數(shù)據(jù)。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）輸入驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，ADS1605/6的輸入必須采用差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)。外部驅(qū)動(dòng)電路需要能夠處理內(nèi)部開(kāi)關(guān)電容的負(fù)載，輸入開(kāi)關(guān)S1在采樣周期內(nèi)大約有一半時(shí)間閉合，因此需要確保內(nèi)部電容能夠在短時(shí)間內(nèi)被充電。建議使用外部電容來(lái)改善線性度，并將其盡可能靠近引腳放置。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的電阻應(yīng)盡量低，以減少熱噪聲對(duì)整體噪聲性能的影響。

（二）PCB布局與布線

在PCB設(shè)計(jì)中，ADS1605/6的布局和布線至關(guān)重要。對(duì)于接地平面，可以選擇單一公共平面或分別設(shè)置模擬地和數(shù)字地。如果使用單一公共平面，需要隔離引腳57和引腳1的電流，避免模擬時(shí)鐘的開(kāi)關(guān)電流干擾安靜的模擬地。如果使用兩個(gè)平面，建議在PCB處將它們連接在一起，避免通過(guò)邊緣連接器或電纜連接，以免影響性能和增加閂鎖的可能性。

此外，關(guān)鍵電容應(yīng)盡可能靠近引腳放置，輸入和參考驅(qū)動(dòng)電路的電阻應(yīng)保持較低，以防止熱噪聲影響整體性能。同時(shí)，要避免ADS1605/6的數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)重負(fù)載，必要時(shí)可在輸出端添加緩沖器。

（三）FIFO功能使用

ADS1606的FIFO功能為數(shù)據(jù)處理提供了更大的靈活性，但在使用時(shí)需要注意一些細(xì)節(jié)。FIFO的深度通過(guò)FIFO_LEV[2:0]引腳設(shè)置，設(shè)置后需要確保每次DRDY引腳翻轉(zhuǎn)時(shí)，按照FIFO深度讀取相應(yīng)數(shù)量的數(shù)據(jù)。如果讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量不符合設(shè)置，可能會(huì)導(dǎo)致FIFO操作中斷，DRDY引腳可能會(huì)一直保持低電平。此時(shí)，需要通過(guò)RESET引腳和RD脈沖進(jìn)行復(fù)位操作，并等待數(shù)字濾波器 settling后才能獲取有效數(shù)據(jù)。

（四）2X模式性能分析

2XMODE引腳可以設(shè)置過(guò)采樣率，從而決定ADC的性能。當(dāng)2XMODE為低電平時(shí)，過(guò)采樣率為8，實(shí)現(xiàn)16位性能；當(dāng)2XMODE為高電平時(shí)，過(guò)采樣率為4，數(shù)據(jù)速率翻倍至10MSPS，但性能會(huì)降為14位。在2X模式下，噪聲會(huì)增加，典型SNR性能會(huì)下降14dB，而THD基本保持不變。因此，在使用2X模式時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求權(quán)衡數(shù)據(jù)速率和性能。

四、應(yīng)用案例與接口設(shè)計(jì)

（一）與TMS320C6000 DSP接口

ADS1605和ADS1606可以直接與TMS320C6000 DSP連接。處理器通過(guò)ARE輸出控制數(shù)據(jù)讀取，ADS1605通過(guò)CE2選擇，ADS1606則通過(guò)接地CS引腳永久選擇。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)DRDY驅(qū)動(dòng)DSP的中斷引腳，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)處理。

（二）與TMS320C5400 DSP接口

在與TMS320C5400 DSP連接時(shí)，處理器通過(guò)$R/\bar{W}$和$\bar{IS}$輸出控制數(shù)據(jù)讀取。ADS1605通過(guò)NAND門(mén)邏輯進(jìn)行選擇，ADS1606則通過(guò)接地CS引腳永久選擇。同樣，DRDY信號(hào)驅(qū)動(dòng)DSP的中斷引腳，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集。

五、總結(jié)

德州儀器的ADS1605和ADS1606是兩款性能卓越的16位ADC，具有高速、高精度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮輸入信號(hào)處理、參考電壓設(shè)置、時(shí)鐘輸入、電源管理等關(guān)鍵因素，同時(shí)注意PCB布局、FIFO功能使用和接口設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以充分發(fā)揮這兩款A(yù)DC的性能，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

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