高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8412及其應(yīng)用

時間：2006-01-12 23:24:00

關(guān)鍵字：模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS BSP 電平

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[導(dǎo)讀]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

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(diǎn)、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(zhǔn)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(hù)電壓達(dá)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(zhǔn)源，提供4.096V參考電壓

·片上基準(zhǔn)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(hù)電壓達(dá)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(zhǔn)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(dāng)該引腳置為低電平時，退出當(dāng)前轉(zhuǎn)換并將輸出鎖存器清0，獨(dú)立工作
41	RD	為并行輸出數(shù)據(jù)提供同步脈沖。當(dāng)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(jì)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(hù)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(zhǔn)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(zhǔn)源提供參考電壓。當(dāng)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(zhǔn)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(dāng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(dāng)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(hù)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(hù)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(dāng)CONVST引腳變?yōu)榈碗娖胶?，BUSY引腳的輸出就變?yōu)楦唠娖健＾D(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(jìn)制補(bǔ)碼格式輸出所有的并行數(shù)據(jù)。當(dāng)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