16位逐次逼近模數轉換器ADS8412的功能特點及應用設計

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）模數轉換器（ADC）。采用P8/P16并行輸出，帶有內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據采集系統、傳感器接口、醫療儀器及通信領域。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；

·寬動態范圍的數字電源；

·8/16位數據總線傳輸；

·48引腳TQFP封裝；

·輸入端ESD保護電壓達1000V。

2、內部結構及引腳功能

ADS8412的內部結構如圖2所示，芯片由逐次逼近轉換器（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

3、設計原則

ADS8412是一款高速率的逐次逼近模數轉換器。基于電荷再分配的結構使其擁有采樣/保持功能。轉換時鐘由芯片內部產生，360ms的轉換時間可保護2MHz的數據吞吐，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，還可通過內部基準源提供參考電壓。當使用內部參考電壓時，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。轉換器的內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）應懸空。

3．2 模擬輸入

當轉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））應被限定在-Vref到Vref之間。為使噪聲最小化，應使用帶低通濾波器的低帶寬輸入信號。

3．3 數字接口

（1）時序和控制

ADS8412采用內部振蕩器產生時鐘信號，用以控制轉換器的轉換速率和吞吐量，不需要外部時鐘。在CS為低電平的前提下，CONVST引腳應至少保護低電平狀態20ms方可啟動數據轉換。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定的下降沿對于轉換器的性能就顯得十分重要。當CONVST引腳變為低電平后，BUSY引腳的輸出就變為高電平。轉換過程中BUSY始終保持在高電平狀態，轉換完成后，BUSY變為低電平。

（2）讀出數據

ADS8412以二進制補碼格式輸出所有的并行數據。當CS和RD都為低電平時，并行輸出總線被激活。BYTE引腳主要用來設置對多字的讀操作。

4、應用舉例

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位數據總線，ADS8412的BUSY信號下降沿作為微控制器扣斷觸發邏輯。