ADS8681、ADS8685和ADS8689屬于基于逐次逼近 （SAR） 模數轉換器 （ADC） 的集成數據采集系統系列。這些器件具有高速、高精度 SAR ADC、集成模擬前端 （AFE） 輸入驅動電路、高達 ±20 V 的過壓保護電路，以及具有極低溫度漂移的片內 4.096V 基準電壓源。
*附件：ads8681.pdf

這些器件采用單5 V模擬電源供電，但支持±12.288 V、±6.144 V、±10.24 V、±5.12 V和±2.56 V的真雙極性輸入范圍，以及0 V至12.288 V、0 V至10.24 V、0 V至6.144 V和0 V至5.12 V的單極性輸入范圍。增益和失調誤差在每個輸入范圍的指定值內精確調整，以確保高直流精度。輸入范圍的選擇通過器件內部寄存器的軟件編程完成。無論所選輸入范圍如何，這些器件都提供高電阻輸入阻抗（≥ 1 MΩ）。

多SPI數字接口向后兼容傳統SPI協議。此外，可配置的功能簡化了與各種主機控制器的接口。

特性

• 16 位 ADC，集成模擬前端
• 高速：
  • ADS8681：1 MSPS
  • ADS8685：500 kSPS
  • ADS8689：100 kSPS
• 軟件可編程輸入范圍：
  • 雙極性范圍：±12.288 V、±10.24 V、±6.144 V、±5.12 V 和 ±2.56 V
  • 單極性范圍：0 V–12.288 V、0 V–10.24 V、0 V–6.144 V 和 0 V–5.12 V
• 5V 模擬電源：1.65V 至 5V I/O 電源
• 恒定電阻輸入阻抗 ≥ 1 MΩ
• 輸入過壓保護：高達 ±20 V
• 片內4.096V基準電壓源，具有低漂移
• 卓越的性能：
  • DNL：±0.4 LSB;INL：±0.5 LSB
  • 信噪比：92 分貝;總諧失真：–107 分貝
• ALARM →高、低閾值
• 帶菊花鏈的多SPI?接口
• 擴展的工業溫度范圍：–40°C 至 +125°C

參數

方框圖

ADS868x 系列（含 ADS8681/ADS8685/ADS8689）是德州儀器推出的集成數據采集系統，基于逐次逼近型（SAR）ADC，具備 16 位分辨率，支持單電源供電（5V 模擬電源），提供 TSSOP-16 與 WQFN-16 兩種封裝，工作溫度范圍–40°C 至 + 125°C，兼具可編程輸入范圍、高阻抗輸入、超壓保護與靈活通信特性，專為模擬輸入模塊、半導體測試、伺服驅動控制模塊等工業場景設計。

一、核心特性與關鍵參數

1. 基礎性能

• 采樣與分辨率：16 位無失碼分辨率，采樣速率分檔可選（ADS8681：1 MSPS、ADS8685：500 kSPS、ADS8689：100 kSPS）；微分非線性（DNL）±0.4 LSB，積分非線性（INL）±0.5 LSB，直流精度優異。
• 輸入范圍：軟件可編程雙極性（±12.288 V/±10.24 V/±6.144 V/±5.12 V/±2.56 V）與單極性（0 V–12.288 V/0 V–10.24 V/0 V–6.144 V/0 V–5.12 V）輸入，適配不同幅值信號采集。
• 動態性能：信噪比（SNR）最高 92 dB，總諧波失真（THD）低至–107 dB，無雜散動態范圍（SFDR）最高 114 dB；輸入阻抗≥1 MΩ（與采樣率無關），共模抑制比（CMRR）超 100 dB，抗干擾能力強。

2. 核心功能

• 保護與集成設計：內置 ±20 V 輸入超壓保護（AVDD=5 V 時），AVDD 懸浮時支持 ±15 V 保護；集成 2 階低通抗混疊濾波器（–3 dB 截止頻率 15 kHz）、ADC 驅動放大器與 4.096 V 低漂移基準源（溫度漂移 4 ppm/°C–7 ppm/°C），簡化前端設計。
• 報警與監控：支持輸入電壓高低閾值報警與 AVDD 供電監控（閾值 4.7 V–5.3 V），具備報警標志與滯后功能，可通過引腳或寄存器反饋異常狀態。
• 通信接口：采用 multiSPI 接口，兼容標準 SPI 協議（CPOL/CPHA 可配置），支持單 / 雙 SDO 輸出、菊花鏈級聯與源同步傳輸，最高 SCLK 頻率 66.67 MHz，適配多設備擴展與高速數據傳輸。

3. 功耗與可靠性

• 功耗特性：動態功耗（最大吞吐量）ADS8681 典型值 8.2 mA，ADS8685 5.6 mA，ADS8689 4 mA；支持休眠（NAP）與掉電（PD）低功耗模式，掉電電流僅 10 μA，平衡性能與功耗。
• 可靠性：ESD 防護 ±4000 V（模擬輸入引腳）、±2000 V（其他引腳）；結溫最高 150°C，TSSOP 封裝結到環境熱阻 95.7 °C/W，WQFN 封裝 31.9 °C/W，適應惡劣工業環境。

二、核心功能解析

1. 輸入與信號調理

• 高阻抗輸入：輸入阻抗≥1 MΩ，無需額外驅動放大器，可直接連接傳感器或信號源，降低系統復雜度；輸入電流小，減少信號源負載影響。
• 超壓保護：內部集成過壓保護電路，通過 1 MΩ 輸入電阻與鉗位二極管限制輸入電流，避免過壓損壞器件，適配工業強干擾場景。
• 基準與濾波：內置 4.096 V 基準源（可外接基準），基準緩沖器漂移低至 0.5 ppm/°C；2 階低通濾波器有效抑制帶外噪聲，提升動態性能。

2. 通信與擴展

• 靈活接口：支持標準 SPI、雙 SDO 高速傳輸、菊花鏈級聯三種模式，可通過寄存器配置數據輸出格式（含設備地址、量程、報警標志等附加信息），適配單設備或多設備組網需求。
• 菊花鏈擴展：多設備級聯時共享 SCLK 與 CONVST/CS 引腳，通過 SDI/SDO 首尾連接，實現多通道同步采集，無需額外控制引腳。

3. 報警與低功耗管理

• 報警功能：可編程輸入高低閾值與滯后電壓，支持輸入超量程報警與 AVDD 供電異常報警，報警狀態通過引腳中斷或寄存器讀取，便于實時監控。
• 低功耗模式：休眠模式（NAP）通過寄存器使能，CONVST/CS 保持高電平時進入，喚醒時間 20 μs；掉電模式（PD）可關閉模擬電路，僅保留寄存器配置，喚醒時間 20 ms，適配低吞吐量低功耗場景。

三、應用場景

適用于模擬輸入模塊、半導體參數測試設備、伺服驅動器電流 / 電壓采集、工業數據采集系統等場景，尤其適配需要單電源供電、寬輸入范圍、高抗干擾能力的工業控制與測試應用。

四、封裝與訂購信息

• 封裝規格：16 引腳 TSSOP（PW 封裝，5.0 mm×4.4 mm）與 16 引腳 WQFN（RUM 封裝，4.0 mm×4.0 mm），均符合 RoHS 標準，引腳鍍層為 NIPDAU，焊接兼容性良好。
• 訂購型號：量產型號包括 ADS8681IPW（TSSOP，管裝 90 個）、ADS8681IRUMR（WQFN，卷帶 3000 個）、ADS8685IPWR（TSSOP，卷帶 2000 個）、ADS8689IPWR（TSSOP，卷帶 2000 個）等，MSL 等級 3（TSSOP）/1（WQFN），峰值回流溫度 260°C。

五、設計與使用建議

1. 電源與基準

• 電源設計：模擬電源（AVDD）需 4.75 V–5.25 V，數字電源（DVDD）1.65 V–AVDD；AVDD 與 AGND、DVDD 與 DGND 需分別就近配置 1 μF+10 μF 去耦電容，減少電源噪聲影響。
• 基準配置：使用內置基準時，REFIO 引腳需并聯 4.7 μF 濾波電容至 REFGND；使用外置基準時，需將 REFIO 配置為輸入，外部基準電壓范圍 4.046 V–4.146 V，建議搭配低噪聲基準源（如 REF5040）。

2. 輸入與布局

• 輸入配置：模擬輸入需控制在所選量程內，未使用通道建議接地；AIN_P 與 AIN_GND 引腳布線對稱，匹配源阻抗，減少偏移誤差。
• 布局規范：PCB 分為模擬區與數字區，采用單接地平面；模擬信號遠離 SCLK 等數字高速信號；REFIO、REFCAP 引腳濾波電容緊鄰器件，避免 vias，降低基準噪聲。

3. 接口與同步

• 通信配置：根據傳輸速率選擇 SPI 模式（CPOL/CPHA），高速傳輸推薦雙 SDO 模式或源同步傳輸；多設備級聯時需確保所有設備配置一致，SCLK 頻率匹配器件吞吐量。
• 同步采集：多設備同步時，共享 CONVST/CS 信號觸發轉換，通過菊花鏈實現數據串行傳輸，確保通道間時序一致性。

六、關鍵設計要點

• 量程選擇：根據信號幅值選擇合適輸入量程，最大化 ADC 動態范圍；例如 ±12 V 信號選擇 ±12.288 V 量程，5 V 信號選擇 0 V–6.144 V 量程。
• 校準與初始化：上電后需等待基準穩定（約 20 ms），必要時通過寄存器配置報警閾值與通信模式；多設備級聯需先配置主設備，再通過菊花鏈配置從設備。
• 抗干擾措施：模擬輸入串聯合適電阻抑制 ESD，電源端添加磁珠濾波；數字地與模擬地單點連接，減少地環路干擾。