八通道12位并行ADC——AD7938-6的特性與應(yīng)用解析

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是至關(guān)重要的元件。今天，我們就來深入探討一款高性能的ADC——AD7938 - 6，它具備諸多出色特性，能滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

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一、AD7938 - 6概述

AD7938 - 6是一款12位、高速、低功耗的逐次逼近（SAR）型ADC。它可在2.7V至5.25V的單電源下工作，最高吞吐量可達(dá)625 kSPS。該芯片集成了低噪聲、寬帶寬的差分跟蹤 - 保持放大器，能夠處理高達(dá)50 MHz的輸入頻率。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）高吞吐量與低功耗

AD7938 - 6在實(shí)現(xiàn)高吞吐量的同時(shí)，功耗表現(xiàn)出色。在3V電源、625 kSPS的條件下，最大功耗僅3.6 mW；在5V電源、625 kSPS時(shí)，最大功耗為7.5 mW。這使得它在對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)，比如電池供電的設(shè)備。

（二）八通道模擬輸入與通道序列器

它擁有八個(gè)模擬輸入通道，并配備通道序列器，可對(duì)通道進(jìn)行預(yù)編程選擇，實(shí)現(xiàn)順序轉(zhuǎn)換。而且，該芯片支持單端、全差分或偽差分模擬輸入，用戶可根據(jù)實(shí)際需求靈活配置。

（三）精確的片上2.5V參考

片上集成了精確的2.5V參考，為模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換提供了穩(wěn)定的參考源。同時(shí)，該引腳也可外接參考源，以滿足不同的應(yīng)用需求。

（四）軟件可選的輸入模式

用戶可以通過軟件選擇單端、偽差分或全差分模擬輸入，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

（五）單電源與VDRIVE功能

具備VDRIVE功能，允許并行接口直接連接到3V或5V的處理器系統(tǒng)，而不受VDD的限制，方便與不同電壓的處理器進(jìn)行接口。

（六）無流水線延遲

無流水線延遲的特性使得數(shù)據(jù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

（七）精確的采樣控制

通過CONVST輸入可精確控制采樣時(shí)刻，并實(shí)現(xiàn)一次性轉(zhuǎn)換控制，確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

（一）動(dòng)態(tài)性能

在50 kHz輸入頻率下，其SINAD可達(dá)69 dB，SNR最小為67 dB（單端模式）和71 dB（差分模式），THD最大為 - 73 dB（差分模式）。這些參數(shù)表明該ADC在處理高頻信號(hào)時(shí)具有良好的性能。

（二）直流精度

分辨率為12位，積分非線性（INL）最大為±1 LSB（差分模式），差分非線性（DNL）在不同模式下也有相應(yīng)的指標(biāo)保證，確保了轉(zhuǎn)換的精度。

（三）模擬輸入范圍

單端輸入范圍為0至VREF或0至2×VREF，全差分輸入范圍也有相應(yīng)的規(guī)定，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的輸入范圍。

（四）電源要求

VDD和VDRIVE的范圍為2.7V至5.25V，不同工作模式下的功耗和電流也有所不同。例如，正常模式下靜態(tài)電流為0.8 mA（典型值），工作電流最大為1.5 mA（VDD = 5V時(shí)）。

四、引腳配置與功能

AD7938 - 6采用32引腳的LFCSP或TQFP封裝，各引腳具有不同的功能：

• 數(shù)據(jù)引腳（DB0 - DB11）：用于提供轉(zhuǎn)換結(jié)果，并可對(duì)控制和影子寄存器進(jìn)行編程。
• VDRIVE：邏輯電源輸入，決定并行接口的工作電壓。
• AGND和DGND：分別為模擬地和數(shù)字地，兩者電壓應(yīng)盡量保持一致，差值不超過0.3V。
• VREFIN/VREFOUT：參考輸入/輸出引腳，可使用內(nèi)部2.5V參考或外接參考源。
• VIN0 - VIN7：八個(gè)模擬輸入通道，可根據(jù)控制寄存器的設(shè)置選擇不同的輸入模式。

五、內(nèi)部寄存器與操作模式

（一）控制寄存器

控制寄存器是一個(gè)12位的只寫寄存器，用于設(shè)置不同的工作條件，如電源模式、輸出編碼、參考選擇、模擬輸入通道選擇等。通過設(shè)置PM1和PM0位，可選擇正常模式、自動(dòng)關(guān)機(jī)模式、自動(dòng)待機(jī)模式或完全關(guān)機(jī)模式。

（二）影子寄存器

影子寄存器是一個(gè)8位的只寫寄存器，用于編程要轉(zhuǎn)換的模擬輸入通道序列。通過設(shè)置SEQ和SHDW位，可實(shí)現(xiàn)不同的序列操作模式。

六、典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）典型連接

在典型連接中，AGND和DGND引腳連接在一起以抑制噪聲，VREFIN/VREFOUT引腳需進(jìn)行去耦處理。根據(jù)不同的參考源選擇，可使用不同的電容進(jìn)行去耦。

（二）模擬輸入結(jié)構(gòu)

模擬輸入結(jié)構(gòu)在差分/偽差分模式和單端模式下有所不同。在交流應(yīng)用中，建議使用RC低通濾波器去除高頻分量，同時(shí)為了保證ADC的交流性能，應(yīng)盡量使用低阻抗源驅(qū)動(dòng)模擬輸入。

（三）電源管理

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可選擇合適的電源模式。例如，在對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用中，可選擇自動(dòng)關(guān)機(jī)或自動(dòng)待機(jī)模式，以降低功耗。

（四）微處理器接口

AD7938 - 6可與多種微處理器和DSP進(jìn)行接口，如ADSP - 21xx、ADSP - 21065L、TMS32020等。在接口過程中，需注意時(shí)鐘速度、等待狀態(tài)等問題，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

七、總結(jié)

AD7938 - 6是一款功能強(qiáng)大、性能出色的ADC，具有高吞吐量、低功耗、靈活的輸入配置和精確的轉(zhuǎn)換性能等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇輸入模式、電源模式和參考源，以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在PCB設(shè)計(jì)和布局時(shí)，要注意模擬和數(shù)字部分的分離、接地和去耦等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中，是否也遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。