高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8412及其應(yīng)用
摘要：ADS8412是一款2Msps采樣速率的16位逐次逼近（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），主要面向高速、高精度應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)成像、便攜式醫(yī)療儀器、零等待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)字通信等。文中介紹了ADS8412的性能特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列，給出了ADS8412和8位通用數(shù)據(jù)總線微控制器的接口原理圖。
關(guān)鍵詞：高速 高精度 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS8412
1 概述
ADS8412是德州儀器公司推出的一款2Msps采樣速率的16位逐次逼近（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。采用P8/P16并行輸出，帶有內(nèi)部時鐘和基準電壓源，無丟失碼，2MHz采樣頻率時的功耗為175mW，SNR為90dB。ADS8412是單極單端輸入范圍，有16位和8位可選擇接口，零等待時間，高速并行接口，8位/16位總線傳輸，48引腳TQFP封裝，所有輸入端ESD保護電壓達1000V，可用在DWDM、儀表、高速高分辨率零等待數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感器接口、醫(yī)療儀器及通信領(lǐng)域。芯片封裝型式和引腳排列如圖1所示。
ADS8412的主要工作特性如下：
·2MHz采樣頻率；
·高溫下16位無失真輸出特性；
·零等待時間；
·內(nèi)置基準源，提供4.096V參考電壓
·片上基準源緩沖器；
·高速并行接口；
·在2MHz典型模式下功耗為175mW；
·寬動態(tài)范圍的數(shù)字電源；
·8/16位數(shù)據(jù)總線傳輸；
·48引腳TQFP封裝；
·輸入端ESD保護電壓達1000V。
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能
ADS8412的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，芯片由逐次逼近轉(zhuǎn)換器（SAR）、比較器、CDAC等組成。表1給出了引腳名稱及功能描述。
表1 ADS8412引腳名稱及功能描述
| 引腳號 | 名 稱 | 功 能 |
| 5，8，11，12，14，15，44，45 | AGND | 模擬接地引腳 |
| 25，35 | BDGND | 數(shù)字接地引腳 |
| 36 | BUSY | 狀態(tài)輸出引腳，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時為高電平 |
| 39 | BYTE | 字節(jié)選擇輸入引腳，用于16/8位總線讀操作。為0時：16位或8位無折疊；為1時：8位有折疊，即將16位數(shù)據(jù)的低8位（D[7：0]）覆蓋到數(shù)據(jù)的高8位（D[15：8]） |
| 40 | CONVST | 轉(zhuǎn)換過程啟動引腳，波形下降沿終止采樣并開始保持 |
| 42 | CS | 片選引腳，波形的下降沿開始采樣 |
| 16，17，18，19，20，21，22，23，26，27，28，29，30，31，32，33 | DB15DB0 | 輸出數(shù)據(jù)流，DB15為數(shù)據(jù)最高有效位（MSB），LSB為最低有效位（LSB） |
| 7 | -IN | 反相輸入通道 |
| 6 | +IN | 同相輸入通道 |
| 3 | NC | 不連接 |
| 1 | REFIN | 參考電壓輸入 |
| 47，48 | REFM | 參考地 |
| 2 | REFOUT | 參考電壓輸出，使用內(nèi)部基準源時需在REFOUT引腳和REFM引腳間加1只1μF的電容器 |
| 38 | RESET | 復(fù)位引腳，當該引腳置為低電平時，退出當前轉(zhuǎn)換并將輸出鎖存器清0，獨立工作 |
| 41 | RD | 為并行輸出數(shù)據(jù)提供同步脈沖。當為低電平時，輸出數(shù)據(jù)使能并將先前的已轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在總線上傳輸 |
| 4，9，10，13，43，46 | +VA | 模擬電源（5V直流電） |
| 24，34，37 | +VBD | 總線數(shù)字電源 |
3 設(shè)計原則
ADS8412是一款高速率的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器?；陔姾稍俜峙涞慕Y(jié)構(gòu)使其擁有采樣/保持功能。轉(zhuǎn)換時鐘由芯片內(nèi)部產(chǎn)生，360ms的轉(zhuǎn)換時間可保護2MHz的數(shù)據(jù)吞吐，模擬輸入信號由+IN和-I兩個引腳提供。
3．1 基準源
ADS8412可在3.9V～4.2V范圍的外部參考電壓下工作，還可通過內(nèi)部基準源提供參考電壓。當使用內(nèi)部參考電壓時，引腳2（REFOUT）必須和引腳1連接（REFIN）。引腳2（REFOUT）和引腳48（REFM）之間應(yīng)接1個0.1μF去耦電容，引腳47（REFIN）和引腳48（REFM）之間接1個1μF的存儲電容器。轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部參考電壓是雙緩沖的，使用外部參考電壓時，二級緩沖在外部基準源和CDAC之間起隔離作用。在轉(zhuǎn)換過程中，該緩沖用來為CDAC所有的電容器充電。使用外部參考電壓時，引腳1（REFOUT）應(yīng)懸空。
3．2 模擬輸入
當轉(zhuǎn)換器進入保持模式時，+IN和-IN兩個引腳之間的差分輸入電壓被內(nèi)部電容器組采集。+IN和-IN的輸入范圍均為-0.2V到（Vref+0.2V）之間。輸入信號電壓的幅值（相當于+IN-（-IN））應(yīng)被限定在-Vref到Vref之間。為使噪聲最小化，應(yīng)使用帶低通濾波器的低帶寬輸入信號。
3．3 數(shù)字接口
（1）時序和控制
ADS8412采用內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，用以控制轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率和吞吐量，不需要外部時鐘。在CS為低電平的前提下，CONVST引腳應(yīng)至少保護低電平狀態(tài)20ms方可啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在CONVST波形的下降沿，ADS8412從采樣模式切換到保護模式。信號具有一個干凈穩(wěn)定的下降沿對于轉(zhuǎn)換器的性能就顯得十分重要。當CONVST引腳變?yōu)榈碗娖胶螅珺USY引腳的輸出就變?yōu)楦唠娖?。轉(zhuǎn)換過程中BUSY始終保持在高電平狀態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后，BUSY變?yōu)榈碗娖健?/P>
（2）讀出數(shù)據(jù)
ADS8412以二進制補碼格式輸出所有的并行數(shù)據(jù)。當CS和RD都為低電平時，并行輸出總線被激活。BYTE引腳主要用來設(shè)置對多字的讀操作。
4 應(yīng)用舉例
圖3給出了ADS8412與典型微控制器的連接電路，微控制器具有8位數(shù)據(jù)總線，ADS8412的BUSY信號下降沿作為微控制器扣斷觸發(fā)邏輯。
5 結(jié)束語
ADS8412接口簡單，使用方便采樣靈活，采樣精度高，同時又有很高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。在大多數(shù)需要高速數(shù)據(jù)采集和高精度測量的應(yīng)用場合中，該芯片具有很強的實用性。
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