高性能ADC芯片AD7912/AD7922的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁。今天，我們就來深入探討Analog Devices公司的兩款高性能ADC芯片——AD7912和AD7922。

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芯片概述

AD7912和AD7922分別是10位和12位的高速、低功耗、2通道逐次逼近型ADC。它們能夠在2.35V至5.25V的單電源下工作，最高吞吐量可達(dá)1MSPS。這兩款芯片集成了低噪聲、寬帶寬的跟蹤保持放大器，能夠處理超過6MHz的輸入頻率。

主要特性

1. 高速處理：具有1MSPS的高吞吐量，能夠快速完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，滿足高速數(shù)據(jù)采集的需求。
2. 寬電壓范圍：工作電壓范圍為2.35V至5.25V，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
3. 低功耗設(shè)計(jì)：在不同電源電壓下，功耗表現(xiàn)出色。例如，在3V電源、1MSPS吞吐量時(shí)，典型功耗為4.8mW；在5V電源、1MSPS吞吐量時(shí)，典型功耗為15.5mW。
4. 靈活管理：支持靈活的功率/串行時(shí)鐘速度管理，還有待機(jī)模式，最大電流僅1μA。
5. 接口兼容性：具備高速串行接口，與SPI?/QSPI?/MICROWIRE?/DSP兼容。
6. 封裝形式：提供8引腳TSOT和8引腳MSOP兩種封裝，節(jié)省空間。

技術(shù)規(guī)格

動(dòng)態(tài)性能

在輸入頻率為100kHz的正弦波信號(hào)下，AD7912的信噪失真比（SINAD）最小為61dB，總諧波失真（THD）最大為 - 71dB；AD7922的SINAD最小為70dB，SNR典型值為72dB，THD最小為 - 71dB。

直流精度

AD7912的分辨率為10位，積分非線性（INL）最大為±0.5LSB，差分非線性（DNL）最大為±0.5LSB；AD7922的分辨率為12位，INL最大為±1.5LSB，DNL在不同電壓范圍有不同表現(xiàn)，保證12位無丟碼。

轉(zhuǎn)換速率

AD7912的轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為777ns（14個(gè)SCLK周期，SCLK為18MHz），AD7922的轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為888ns（16個(gè)SCLK周期，SCLK為18MHz），兩者的吞吐量最大均為1MSPS。

電源要求

電源電壓范圍為2.35V至5.25V，不同工作模式下的電流消耗不同。例如，在正常模式（靜態(tài)）下，VDD為4.75V至5.25V時(shí)，AD7912典型電流為3mA，AD7922典型電流為1.5mA。

工作原理

AD7912/AD7922基于電荷再分配DAC的逐次逼近型ADC。在采集階段，采樣電容獲取所選輸入通道的信號(hào)；轉(zhuǎn)換階段，控制邏輯和電荷再分配DAC通過增減采樣電容上的電荷量，使比較器重新平衡，完成轉(zhuǎn)換。

模式操作

正常模式

適用于追求最快吞吐量的應(yīng)用。在該模式下，AD7912/AD7922始終保持全功率運(yùn)行，無需考慮上電時(shí)間。轉(zhuǎn)換在CS信號(hào)的下降沿啟動(dòng)，為確保芯片始終全功率運(yùn)行，CS信號(hào)需在下降沿后的至少10個(gè)SCLK下降沿后保持低電平。

掉電模式

適用于對(duì)吞吐量要求較低的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)換過程中，在SCLK的第二個(gè)下降沿之后、第十個(gè)下降沿之前將CS信號(hào)拉高，芯片進(jìn)入掉電模式，此時(shí)所有模擬電路斷電。退出掉電模式時(shí)，需進(jìn)行一次偽轉(zhuǎn)換，在CS信號(hào)下降沿芯片開始上電，經(jīng)過16個(gè)SCLK周期后，芯片完全上電并可輸出有效數(shù)據(jù)。

菊花鏈模式

適用于多個(gè)ADC連接的應(yīng)用。將多個(gè)AD7912/AD7922連接成菊花鏈，通過控制CS信號(hào)，可使芯片進(jìn)入菊花鏈模式。在該模式下，芯片作為移位寄存器工作，轉(zhuǎn)換結(jié)果在芯片間依次移位傳輸。

應(yīng)用領(lǐng)域

由于其高速、低功耗和多通道的特點(diǎn)，AD7912/AD7922廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電池供電系統(tǒng)（個(gè)人數(shù)字助理、醫(yī)療儀器、移動(dòng)通信）、儀器儀表和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速調(diào)制解調(diào)器以及光學(xué)傳感器等。

設(shè)計(jì)建議

接地與布局

在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分開，采用最小蝕刻技術(shù)的接地平面，數(shù)字和模擬接地平面僅在一點(diǎn)連接。避免在芯片下方布置數(shù)字線路，模擬接地平面應(yīng)覆蓋芯片下方以減少噪聲耦合。電源線路應(yīng)使用盡可能大的走線，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)進(jìn)行屏蔽，避免與模擬輸入靠近，同時(shí)避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉。

電源與參考

電源應(yīng)進(jìn)行良好的去耦，模擬電源使用10μF鉭電容和0.1μF電容并聯(lián)到AGND。也可使用精密參考源為芯片供電，如REF19x系列，以提供穩(wěn)定的電壓。

模擬輸入

模擬輸入應(yīng)避免超過電源軌300mV，可使用帶通濾波器去除高頻成分。在對(duì)諧波失真和信噪比要求較高的應(yīng)用中，應(yīng)使用低阻抗源驅(qū)動(dòng)模擬輸入，必要時(shí)可使用輸入緩沖放大器。

總結(jié)

AD7912/AD7922是兩款性能出色的ADC芯片，它們?cè)诟咚佟⒌凸?、多通道等方面表現(xiàn)優(yōu)異，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，合理的接地布局、電源管理和輸入處理能夠充分發(fā)揮芯片的性能。你在使用這兩款芯片時(shí)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。