AD7173 - 8：高性能低功耗24位ADC的深度解析

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。今天，我們要深入探討一款備受關(guān)注的ADC——AD7173 - 8，它以其低功耗、高集成度和出色的性能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

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一、AD7173 - 8概述

AD7173 - 8是一款低功耗、8/16通道、高度集成的Sigma - Delta ADC。它具備諸多特性，如集成了精密模擬輸入緩沖器和參考輸入緩沖器、2.5V精密參考（3.5 ppm/°C）、交叉點(diǎn)多路復(fù)用器（可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)診斷）等。其輸出速率靈活，從1.25 SPS到31.25 kSPS，能滿足不同應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)采集速度的要求。

1.1 性能指標(biāo)

• 分辨率：在31.25 kSPS時(shí)，可實(shí)現(xiàn)17.5位無(wú)噪聲位；在1.25 SPS時(shí)，能達(dá)到24位無(wú)噪聲位。
• 線性度：積分非線性（INL）為±3 ppm/FSR（2.5V參考）。
• 抑制能力：對(duì)50 Hz和60 Hz的抑制能力可達(dá)85 dB（50 ms建立時(shí)間）。

1.2 電源與接口

• 電源：可采用3.3V或5V單電源供電，也支持可選的分離電源。
• 接口：具備3/4線串行數(shù)字接口，與SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP兼容，還支持CRC錯(cuò)誤檢查。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于過程控制（PLC/DCS模塊）、電壓、電流、溫度和壓力測(cè)量、流量計(jì)、醫(yī)療和科學(xué)多通道儀器、地震儀器、化學(xué)分析儀器（色譜法）等領(lǐng)域。

二、功能特性詳解

2.1 模擬輸入與參考

• 緩沖模擬輸入：集成了精密單位增益緩沖器，提供高輸入阻抗，能充分驅(qū)動(dòng)內(nèi)部ADC開關(guān)電容采樣網(wǎng)絡(luò)。輸入信號(hào)范圍為AVSS到AVDD1 - 1.1V（緩沖器啟用時(shí)）。
• 參考選項(xiàng)：用戶可選擇外部參考或內(nèi)部2.5V低噪聲、低漂移參考。通過設(shè)置REF_SELx位選擇參考源，默認(rèn)上電使用外部參考。

2.2 時(shí)鐘源

AD7173 - 8需要2 MHz的主時(shí)鐘，可使用內(nèi)部振蕩器、外部晶體（16 MHz晶體，內(nèi)部自動(dòng)分頻為2 MHz）或外部時(shí)鐘源。默認(rèn)上電使用內(nèi)部振蕩器，精度為±2.5%。

2.3 數(shù)字濾波器

提供三種靈活的濾波器選項(xiàng)：

• Sinc5 + sinc1濾波器：適用于快速切換的多路復(fù)用應(yīng)用，在2.6 kSPS及以下輸出速率可實(shí)現(xiàn)單周期建立。
• Sinc3濾波器：在較低速率下實(shí)現(xiàn)最佳單通道噪聲性能，所有啟用通道需使用相同輸出數(shù)據(jù)速率。
• 增強(qiáng)型50 Hz和60 Hz抑制濾波器：可同時(shí)抑制50 Hz和60 Hz干擾，通過對(duì)sinc5 + sinc1濾波器輸出進(jìn)行后濾波實(shí)現(xiàn)。

2.4 操作模式

• 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式：默認(rèn)上電模式，ADC連續(xù)轉(zhuǎn)換，RDY位在每次轉(zhuǎn)換完成時(shí)變低。
• 連續(xù)讀取模式：無(wú)需先寫入通信寄存器，DOUT/RDY變低后施加所需SCLK讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只能讀取一次。
• 單轉(zhuǎn)換模式：執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換后進(jìn)入待機(jī)模式，DOUT/RDY變低表示轉(zhuǎn)換完成。
• 待機(jī)和掉電模式：待機(jī)模式下大部分模塊掉電，LDO保持活躍；掉電模式下所有模塊掉電，寄存器內(nèi)容丟失。
• 校準(zhǔn)模式：提供內(nèi)部零刻度校準(zhǔn)、系統(tǒng)零刻度校準(zhǔn)和系統(tǒng)滿刻度校準(zhǔn)三種模式，可消除偏移和增益誤差。

2.5 集成功能

• 通用I/O：有兩個(gè)通用數(shù)字輸入/輸出引腳（GPIO0、GPIO1）和兩個(gè)通用數(shù)字輸出引腳（GPO2、GPO3），可配置為輸入或輸出。
• 外部多路復(fù)用器控制：可通過GPIO和GPO引腳控制外部多路復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)通道切換同步。
• 延遲功能：使用sinc5 + sinc1濾波器時(shí)可插入可編程延遲，允許外部放大器或多路復(fù)用器穩(wěn)定。
• 16位/24位轉(zhuǎn)換：默認(rèn)生成24位轉(zhuǎn)換，可通過設(shè)置WL16位將轉(zhuǎn)換寬度減少到16位。
• 串行接口復(fù)位：可通過設(shè)置DOUT_RESET位控制接口復(fù)位時(shí)機(jī)。
• 同步功能：SYNC引腳可用于復(fù)位調(diào)制器和數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備同步。
• 錯(cuò)誤標(biāo)志：狀態(tài)寄存器包含ADC_ERROR、CRC_ERROR和REG_ERROR三個(gè)錯(cuò)誤位，ERROR引腳可指示錯(cuò)誤發(fā)生。

三、配置與使用

3.1 電源供應(yīng)

AD7173 - 8有AVDD1、AVDD2和IOVDD三個(gè)獨(dú)立電源引腳，無(wú)特定電源順序要求?？刹捎脝坞娫椿蚍蛛x電源供電，使用分離電源時(shí)需考慮絕對(duì)最大額定值。

3.2 數(shù)字通信

采用3線或4線SPI接口，兼容QSPI、MICROWIRE和DSP。接口工作在SPI模式3，SCLK空閑時(shí)為高電平，下降沿驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，上升沿采樣數(shù)據(jù)。

3.3 寄存器配置

通過通信寄存器控制對(duì)ADC寄存器映射的訪問，不同寄存器控制不同功能，如通道配置、設(shè)置配置、ADC模式和接口模式等。用戶可根據(jù)需求靈活配置寄存器，實(shí)現(xiàn)不同的功能和性能。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 接地與布局

由于AD7173 - 8分辨率高、噪聲低，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)需注意模擬和數(shù)字部分的分離，采用最小蝕刻技術(shù)的接地平面，避免數(shù)字線路在器件下方布線，確保電源線路寬以降低阻抗，對(duì)電源引腳進(jìn)行良好的去耦。

4.2 校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償

使用校準(zhǔn)模式可消除偏移和增益誤差，提高測(cè)量精度。在更換參考源或進(jìn)行高精度測(cè)量時(shí)，需重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

五、總結(jié)

AD7173 - 8以其豐富的功能、出色的性能和高度的集成度，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的模數(shù)轉(zhuǎn)換解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，合理配置和使用該ADC，結(jié)合良好的設(shè)計(jì)和布局，能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，滿足各種復(fù)雜的測(cè)量和控制需求。你在使用AD7173 - 8過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。